KR20100029418A

KR20100029418A - 선박 냉각 시스템

Info

Publication number: KR20100029418A
Application number: KR1020080088198A
Authority: KR
Inventors: 신동원
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2008-09-08
Filing date: 2008-09-08
Publication date: 2010-03-17

Abstract

본 발명은 선박 냉각 시스템에 관한 것으로서, 선박에서 해수와 접촉되며 내부에 청수가 채워질 수 있도록 구획된 공간이 마련되는 탱크와, 청수가 채워진 탱크에 관통 설치되며 해수가 유입되어 배출되는 경로가 되고 접촉되는 청수를 열교환시키는 해수통로튜브와, 탱크에 연결 설치되어 냉각된 청수의 순환 유입을 제어하는 청수유입밸브와, 탱크의 단부측에 설치되어 발열 장비를 통과하여 승온된 청수를 탱크로 배출시키도록 제어하는 청수배출밸브와, 청수유입밸브와 청수배출밸브의 사이에 설치되어 선박의 발열 장비로 청수를 순환 공급시키는 경로를 제공하는 청수순환라인을 포함한다. 따라서 본 발명에 의하면 해수와 직접 접촉되는 선체의 탱크에 청수를 채워 넣고, 이 청수를 냉각시키기 위하여 탱크를 관통하는 해수통로튜브가 마련되며, 해수통로튜브를 통과하는 해수와 열교환된 청수는 발열 장비를 순환하여 냉각시킴으로써, 공간의 제약이 없고, 고가의 장비 사용이 필요하지 않으면서도 보다 효율적인 냉각이 이루어질 수 있는 효과를 가진다.

선박, 냉각, 청수, 열교환, 해수, 발라스트 탱크

Description

선박 냉각 시스템{COOLING SYSTEM FOR A SHIP}

본 발명은 선박 냉각 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선체의 내부에 설치되어 해수와 접촉되는 탱크를 하나의 거대한 냉각 시스템으로 사용함으로써, 공간상의 제약이 없으며 고가의 장비를 사용하지 않으면서도 충분한 냉각 효율을 발휘할 수 있는 선박 냉각 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 선박의 냉각수 시스템은 엔진(Engine), 발전기(Generator), 전동기(motor), 에어컨 시스템(Air con system), 에어컴프레서(Air compressor) 및 기타 여러 가지 열을 발생시키는 발열 장비를 냉각시키며, 이 발열 장비를 냉각수로 냉각시키고, 냉각수는 해수를 이용하여 냉각시켰다.

발열 장비를 냉각시키는 시스템으로 펌프 냉각방식(Pump cooling system)과 스쿠프 냉각방식(Scoop Cooling System)이 적용되고 있다.

여기서 펌프 냉각방식으로는 에어 쿨러, 윤활유 쿨러 또는 청수 쿨러 등과 같이 수십 여종이 선박에 적용되어 사용되고 있다.

특히, 청수 쿨러는 선박의 기계류 냉각 시스템(machinery cooling system)의 일종으로서, 기계류의 냉각을 위해 청수를 폐순환 시키는 방법을 사용하고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 선박 펌프 냉각 시스템을 도시한 구성도이다.

도시된 바와 같이, 종래의 선박 냉각 시스템은 선박에 설치된 메인 엔진, 발전기 엔진 등과 같은 발열 장비(1)에 청수를 순환 공급하여 냉각시키는 청수 쿨러(11)와, 청수 쿨러(11)의 청수를 냉각시키는 해수 쿨러(12)를 포함한다.

청수 쿨러(11)는 발열 장비(1)로 청수를 순환 공급시키는 경로를 제공하는 청수순환라인(11a)과, 청수순환라인(11a) 상에 설치되어 청수에 펌핑력을 제공하는 청수순환펌프(11b)를 포함한다.

해수 쿨러(12)는 청수순환라인(11a)에 청수가 우회하도록 연결되는 청수우회 라인(12a)과, 청수를 청수순환라인(11a)과 청수우회라인(12a) 중 어느 하나를 따라 이송시키는 3방향 밸브(12b)와, 청수우회라인(12a)에 설치되어 청수를 해수와의 열교환에 의해 냉각시키는 열교환기(12c)와, 선박의 해수 유입구(sea chest; 2)로부터 개폐밸브(12j)의 개방에 의해 유입되는 해수를 열교환기(12c)를 통과하여 외부로 배출시키는 경로를 제공함과 아울러 차단밸브(12e)에 의해 개폐되는 해수공급라인(12d)과, 해수공급라인(12d)에 설치되어 해수의 이송을 위한 펌핑력을 제공하는 해수공급펌프(12k)와, 해수공급라인(12d)에 설치되어 개폐밸브(12f,12g)의 개폐에 의해 온도가 상승된 해수를 저장하는 발라스트 탱크(ballast tank; 12h)를 포함한다.

발라스트 탱크(12h)는 저장된 해수를 개폐밸브(12i,12j)의 개폐에 의해 해수 유입구(2)로부터 유입되는 해수를 대신하여 해수공급라인(12d)을 통해서 열교환 기(12c)로 공급되도록 한다.

이와 같은 종래의 선박 냉각 시스템은 추력을 담당하는 메인 엔진(main engine), 발전기 엔진(generator engine) 등과 같은 발열 장비(1)를 냉각시키기 위하여 청수순환펌프(11b)의 펌핑에 의해 청수를 청수순환라인(11a)을 따라 발열 장비(1)로 순환 공급시키고, 이 과정에서 온도가 상승한 청수는 열교환기(12c)에서 해수와 열교환에 의해 냉각되며, 청수를 냉각시킴으로써 온도가 상승한 해수는 발라스트 탱크(12h)에 저장되고, 발라스트 탱크(12h)가 제한 흘수에 도달하면 발라스트 탱크(12h) 내의 해수는 해수 쿨러(12)로 재공급된다.

그러나, 위와 같은 종래의 펌프 냉각 방식은 구조가 복잡하고, 해수를 공급하기 위한 해수공급펌프 등 각종 고가의 펌프가 적용되어 원가 상승의 주요 원인이 되었다.

한편, 인렛부(냉각수 흡입구)와 아웃렛부(냉각수 배출구)가 각각 선체표면에 설치되는 스쿠프 냉각방식은 도 2에서와 같다.

선박의 기관실부측에 해수를 유입하는 인렛부(20)와 유입된 해수가 열교환되어 배출이 이루어지는 아웃렛부(22)가 설치되며, 이 인렛부(20)와 아웃렛부(22)의 통로 사이에 청수가 순환되어 열교환이 이루어지도록 튜브 형태의 열교환부(30)가 설치된다.

열교환부(30)에는 3방향 밸브(40)가 설치되고, 청수순환라인(42)이 메인 엔진, 발전기 엔진 등과 같은 발열 장비(50)측을 통과하여 다시 열교환부(30)로 이어지도록 설치되며, 또 청수순환라인(42)상에는 청수에 펌핑력을 제공하는 청수순환 펌프(60)를 포함한다.

따라서 인렛부(20)를 통해 유입된 해수는 청수가 순환되는 열교환부(30)를 만나면서 청수를 냉각시키고, 청수와 열교환된 해수는 아웃렛부(22)로 배출된다.

그리고 냉각된 청수는 3방향 밸브(40)의 제어와 청수순환라인(42)을 따라 발열 장비(50)를 냉각시키게 되며, 청수순환펌프(60)에서는 청수에 펌핑력을 제공한다.

발열 장비(50)를 냉각시킨 청수는 청수순환라인(42)을 따라 열교환부(30)로 유입되어 다시 냉각이 이루어져서 위와 같이 연속적으로 순환된다.

그러나, 이러한 스쿠프 냉각방식 역시 선박의 기관실부측에 설치되어야 하는 등 공간상의 제약을 많이 받는 문제점이 있었다.

때문에 펌프 냉각방식과 스쿠프 냉각방식에서의 문제점을 해결할 수 있는 새로운 선박 냉각시스템의 필요성이 대두되고 있다.

따라서 본 발명에서는 공간상의 제약이 없으며 고가의 장비를 사용하지 않으면서도 충분한 냉각 효율을 발휘할 수 있는 선박 냉각 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 선박에 설치된 발열 장비를 냉각시키는 시스템에 있어서, 선박에서 해수와 접촉되며 내부에 청수가 채워질 수 있도록 구획된 공간이 마련되는 탱크와, 청수가 채워진 탱크에 관통 설치되며 해수가 유입되어 배출되는 경로가 되고 접촉되는 청수를 열교환시키는 해수통로튜브와, 탱크에 연결 설치되어 냉각된 청수의 순환 유입을 제어하는 청수유입밸브와, 탱크의 단부측에 설치되어 발열 장비를 통과하여 승온된 청수를 탱크로 배출시키도록 제어하는 청수배출밸브와, 청수유입밸브와 청수배출밸브의 사이에 설치되어 선박의 발열 장비로 청수를 순환 공급시키는 경로를 제공하는 청수순환라인을 포함하는 선박 냉각시스템을 제공한다.

그리고 바람직하게, 탱크는 선박의 발라스트 탱크 중 하나 이상이 사용되고, 또한, 탱크는, 격벽을 통하여 제 1 탱크와 제 2 탱크로 구획되며, 제 1 탱크와 제 2 탱크의 사이에는 연통밸브가 설치되어 청수가 연통될 수 있도록 하였다.

또, 탱크에는 채워진 청수가 위에서 아래, 아래에서 위로 번갈아 지그재그로 흐르도록 배플 플레이트(baffle plate)가 설치된다.

그리고 해수통로튜브는, 탱크에 하나 이상 설치된다.

그리고 청수순환라인 상에는, 청수의 흐름을 제어하기 위한 3방향밸브와, 청수에 펌핑력을 제공하는 청수순환펌프가 설치되며, 또 청수순환라인 상에는 구획되는 탱크에 각각 연결되도록 보조라인이 분기되어 더 설치되고, 각 보조라인 상에는 구획된 탱크 중 어느 하나의 이상 시 사용 가능한 탱크만을 사용하여 청수의 흐름을 제어할 수 있도록 제 1 보조밸브와 제 2 보조밸브가 각각 설치된다.

여기서 제 1 보조밸브는 청수유입밸브가 설치된 탱크측에 설치되어 고온의 청수를 상기 탱크로 배출시키게 되며, 제 2 보조밸브는 청수배출밸브가 설치된 탱크측에 설치되어 냉각된 청수를 보조라인을 통해 청수순환라인으로 유입시키게 되는 것을 특징으로 한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 선박 냉각시스템에 따르면, 해수와 직접 접촉되는 선체의 탱크에 청수를 채워 넣고, 이 청수를 냉각시키기 위하여 탱크를 관통하는 해수통로튜브가 마련되며, 해수통로튜브를 통과하는 해수와 열교환된 청수는 발열 장비를 순환하여 냉각시킴으로써, 공간의 제약이 없고, 고가의 장비 사용이 필요하지 않으면서도 보다 효율적인 냉각이 이루어질 수 있는 효과를 가진다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 선박 냉각 시스템을 도시한 구성도이다.

도 3에 도시된 선박 냉각시스템은 선박에 설치되는 메인엔진(main engine), 발전기(generator engine) 등과 같은 발열 장비(100)를 냉각시키는 것으로서, 이 발열 장비(100)를 냉각시키기 위하여 내부에 청수(fresh water)가 채워지는 선체의 탱크(110)와, 탱크(110)에 설치되어 청수를 해수로 열교환시키는 해수통로튜브(120)와, 탱크(110)로부터 청수의 유입을 제어하는 청수유입밸브(130), 순환된 청수의 배출을 제어하는 청수배출밸브(140)와, 선박의 발열 장비(100)로 청수를 순환 공급시키는 경로를 제공하는 청수순환라인(160)으로 구성된다.

탱크(110)는, 선체의 외부에서 해수와 직접 접촉이 이루어지는 발라스트 탱크를 이용하는 것이 바람직하며, 선수 또는 선미의 발라스트 탱크 중 하나 이상을 이용할 수 있다.

여기서 탱크(110)는 발라스트 탱크를 바람직한 일실시예로서 예시하였으나, 이에 한정하지는 않고 위에서 설명한 것과 같이 해수와 접촉이 이루어지는 탱크이면 가능하다.

이러한 탱크(110)는 바람직하게 구조적으로 설치된 격벽(111)을 통하여 제 1 탱크(112)와 제 2 탱크(114)로 구획될 수 있으며, 이들 제 1 탱크(112)와 제 2 탱크(114) 사이에는 이들을 잇는 연통밸브(150)가 설치되어 청수가 제 1 탱크(112)에서 제 2 탱크(114)로 흐르고, 경우에 따라서는 제 2 탱크(114)에서 제 1 탱크(112)로 흐를 수도 있다.

또한, 각 제 1 탱크(112)와 제 2 탱크(114)에는 가로 방향을 따라 간격 이격되어 배플 플레이트(baffle plate:116)가 수직하게 복수개 설치된다.

배플 플레이트(116)는, 청수가 제 1 탱크(112)에서 제 2 탱크(114)로 또는 제 2 탱크(114)에서 제 1 탱크(112)로 흐르는 동안에 해수통로튜브(120)와 많이 접촉되어 충분한 열교환이 일어나도록 위에서 아래, 아래에서 위로 번갈아 지그재그로 흐르도록 돕게 된다.

그리고 청수가 채워진 제 1, 2 탱크(112)(114) 및 격벽(111)과 배플 플레이트(116)를 관통하여 해수통로튜브(120)가 설치된다.

해수통로튜브(120)는 해수가 유입되어 배출되는 경로가 됨과 같이 청수와 접촉되어 열교환시키는 것으로서, 바람직하게 하나 이상 설치되며, 더욱 바람직하게 해수통로튜브(120)의 일단부측에 항해중인 선박의 선속에 의하여 해수가 유입되도록 인렛부(122)가 선체에 돌출 설치되고, 타단부에는 유입된 해수가 배출되도록 아웃렛부(124)가 설치된다.

한편, 도시된 것과 같이 인렛부(122)가 위치되는 제 1 탱크(112)에는 냉각된 청수의 순환 유입을 제어하는 청수유입밸브(130)가 설치되고, 아웃렛부(124)가 위치되는 제 2 탱크(114)에는 발열 장비(100)를 통과하여 승온된 청수가 다시 탱크(110)로 배출되도록 청수배출밸브(140)가 설치된다.

그리고 청수유입밸브(130)와 청수배출밸브(140)의 사이에는 선박에 설치된 메인 엔진, 발전기 엔진 등과 같은 발열 장비(100)에 청수를 순환 공급시키는 경로를 제공하는 청수순환라인(160)이 설치되며, 이 청수순환라인(160)상에는 청수를 발열 장비(100)측과 다시 탱크(110)로의 배출 중 어느 하나로 이송시키도록 제어하는 3방향 밸브(162)가 설치되고, 청수에 펌핑력을 제공하는 청수순환펌프(164)를 포함한다.

더 나아가 청수순환라인(160)상에는, 제 1 탱크(112)와 제 2 탱크(114)에 각각 연결되는 보조라인(170)이 더 설치되며, 이 각 보조라인(170) 상에는 구획된 제 1 탱크(112)와 제 2 탱크(114) 중 어느 하나의 이상 시 하나만을 사용하여 청수의 냉각이 이루어지도록 흐름을 제어할 수 있는 제 1 보조밸브(172)와 제 2 보조밸브(174)가 설치된다.

바람직하게 제 1 보조밸브(172)는 청수유입밸브(130)가 설치된 제 1 탱크(112)측에 연결 설치되어 순환되어 승온된 청수를 제 1 탱크(112)로 배출시키게 되며, 제 2 보조밸브(174)는 청수배출밸브(140)가 설치된 제 2 탱크(114)측에 설치되어 냉각된 청수를 보조라인(170)을 통해 청수순환라인(160)으로 유입시키게 되는 구성을 가진다.

이와 같은 구조로 이루어진 선박 냉각시스템의 작용은 다음과 같이 이루어진다.

다시 도 3을 참고하면, 선박에 설치된 메인 엔진, 발전기 엔진 등과 같은 발열 장비(100)로부터 발생되는 열을 냉각시키기 위하여 청수순환펌프(164)의 펌핑에 의해 청수를 청수순환라인(160)을 따라 발열 장비(100)로 순환 공급시킨다.

이 때, 발열 장비(100)를 통과함으로써 온도가 상승한 청수는, 청수배출밸브(140)의 제어를 통하여 격벽(111)에 의하여 구획된 제 2 탱크(114)로 유입되고, 제 2 탱크(114)로 유입된 청수는 배플 플레이트(116)의 가이드에 따라 지그재그로 흐르면서 개방된 연통밸브(150)를 통해 제 1 탱크(112)로 유입된다.

여기서 제 2 탱크(114)에서 제 1 탱크(112)로 청수가 지그재그로 유동되면서 해수통로튜브(120)와 접촉되어 열교환이 이루어지게 된다.

즉, 해수통로튜브(120)로는 선박의 진행에 따라 인렛부(122)로 해수가 유입되고, 유입된 해수는 아웃렛부(124)를 통해 배출되는 과정에서 낮은 온도의 해수와 고온의 청수가 열교환을 이루게 된다.

이렇게 열교환되어 다시 냉각된 청수는 제 1 탱크(112)에 연결된 청수유입밸브(130)의 개방에 따라 청수순환라인(160)으로 유입되고, 이어서 3방향 밸브(162)에 의해 경로를 결정짓게 된다.

발열 장비(100)의 발열이 충분하지 않아 냉각이 요구되지 않을 시에는 3방향 밸브(162)에 의해 청수배출밸브(140)측으로 전환되고, 발열 장비(100)의 냉각이 필요시에는 발열 장비(100)측으로 흐름이 유도되어 발열 장비(100)의 냉각이 이루어 지게 된다.

한편, 위와 같은 청수의 흐름은 정상적인 상황이다. 이에 반해 제 1 탱크(112) 또는 제 2 탱크(114) 중 어느 하나에 이상이 발생되면, 제 1, 2 탱크(112)(114) 중 사용 가능한 탱크만을 선별하여 사용이 가능하다.

예컨대, 격벽(111)에 의해 구획된 제 1 탱크(112)의 이상 시, 연통밸브(150)는 차단되고, 제 2 탱크(114)의 제 2 보조밸브(174)가 개방되어 냉각된 청수를 보조라인(170)과 이어서 청수순환라인(160)을 통해 공급하고, 청수순환라인(160)을 따라 순환되어 고온이 된 청수는 청수배출밸브(140)를 통해 제 2 탱크(114)로 배출되어 해수통로튜브(120)의 해수와 열교환 되어 냉각이 이루어지게 된다.

그리고 제 2 탱크(114)의 이상 시에는 마찬가지로 연통밸브(150)는 차단되고, 제 1 탱크(112)의 청수유입밸브(130)가 개방되어 냉각된 청수를 청수순환라인(160)을 통해 공급하고, 청수순환라인(160)을 따라 순환되어 고온이 된 청수는 제 1 보조밸브(172)를 통해 제 1 탱크(112)로 배출되어 해수통로튜브(120)의 해수와 열교환 되어 냉각이 이루어지게 된다.

이처럼 본 발명에서는 해수와 직접 접촉되는 선체의 내부에 설치된 탱크에 청수를 채워 넣어 하나의 거대한 냉각 시스템으로 사용함으로써, 공간상의 제약이 없으며 고가의 장비를 사용하지 않으면서도 충분한 냉각 효율을 발휘할 수 있는 새로운 개념의 선박 냉각 시스템이다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 선박 냉각시스템은 하나의 바람직한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특 허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 선박 펌프 냉각 시스템을 도시한 구성도이고,

도 2는 종래 기술에 따른 선박 스쿠프 냉각 시스템을 도시한 구성도이고,

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 발열 장비 110 : 탱크

111 : 격벽 112, 114 : 제 1, 2 탱크

116 : 배플 플레이트 120 : 해수통로튜브

130 : 청수유입밸브 140 : 청수배출밸브

150 : 연통밸브 160 : 청수순환라인

162 : 3방향 밸브 164 : 청수순환펌프

170 : 보조라인 172, 174 : 제 1, 2 보조밸브

Claims

선박에 설치된 발열 장비를 냉각시키는 시스템에 있어서,

상기 선박에서 해수와 접촉되며 내부에 청수가 채워질 수 있도록 구획된 공간이 마련되는 탱크와,

상기 청수가 채워진 탱크에 관통 설치되며 해수가 유입되어 배출되는 경로가 되고 접촉되는 상기 청수를 열교환시키는 해수통로튜브와,

상기 탱크에 연결 설치되어 냉각된 상기 청수의 순환 유입을 제어하는 청수유입밸브와,

상기 탱크의 단부측에 설치되어 상기 발열 장비를 통과하여 승온된 상기 청수를 상기 탱크로 배출시키도록 제어하는 청수배출밸브와,

상기 청수유입밸브와 상기 청수배출밸브의 사이에 설치되어 상기 선박의 발열 장비로 상기 청수를 순환 공급시키는 경로를 제공하는 청수순환라인

을 포함하는 선박 냉각시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 탱크는, 상기 선박의 발라스트 탱크 중 하나 이상이 사용되는 선박 냉각시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 탱크는, 격벽을 통하여 제 1 탱크와 제 2 탱크로 구획되며,

상기 제 1 탱크와 제 2 탱크의 사이에는 연통밸브가 설치되어 청수가 연통될 수 있는 선박 냉각시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 탱크에는 채워진 청수가 위에서 아래, 아래에서 위로 번갈아 지그재그로 흐르도록 배플 플레이트(baffle plate)가 간격 이격되어 복수개 설치되는 선박 냉각시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 해수통로튜브는, 상기 탱크에 하나 이상 설치되는 선박 냉각시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 청수순환라인 상에는,

상기 청수의 흐름을 제어하기 위한 3방향 밸브와,

상기 청수에 펌핑력을 제공하는 청수순환펌프가 설치되는 선박 냉각시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 청수순환라인 상에는 구획되는 상기 탱크에 각각 연결되도록 보조라인이 분기되어 더 설치되며,

상기 각 보조라인 상에는 구획된 상기 탱크 중 어느 하나의 이상시 사용 가능한 탱크만을 사용하여 상기 청수의 흐름을 제어할 수 있도록 제 1 보조밸브와 제 2 보조밸브가 각각 설치되는 선박 냉각시스템.
제 7 항에 있어서,

상기 제 1 보조밸브는 청수유입밸브가 설치된 상기 탱크측에 설치되어 고온의 청수를 상기 탱크로 배출시키게 되며,

상기 제 2 보조밸브는 청수배출밸브가 설치된 상기 탱크측에 설치되어 냉각된 청수를 상기 보조라인을 통해 상기 청수순환라인으로 유입시키게 되는 선박 냉각시스템.