KR20200023735A - 선박의 공기조화 시스템 - Google Patents

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KR20200023735A
KR20200023735A KR1020180100070A KR20180100070A KR20200023735A KR 20200023735 A KR20200023735 A KR 20200023735A KR 1020180100070 A KR1020180100070 A KR 1020180100070A KR 20180100070 A KR20180100070 A KR 20180100070A KR 20200023735 A KR20200023735 A KR 20200023735A
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Abstract

본 발명에 따른 선박의 공기조화 시스템은 쿨링펌프와 실외기를 연결하고 제3 유체가 흐르는 제2 순환라인과, 상기 실외기와 실내기를 연결하고 제1 유체가 흐르는 제3 순환라인을 구비하고, 상기 실내기를 이용해 냉장실에 냉기를 공급하는 냉장부; 및 외기를 상기 제2 순환라인에서 분기되는 예열라인과 열교환시켜 난방 대상공간으로 토출 가능한 난방부;를 포함한다.

Description

선박의 공기조화 시스템{AIR-CONDITIONING SYSTEM FOR SHIP}
본 발명은 냉장/냉동실에서 발생한 열에너지를 이용하여 선실 난방용 에너지로 활용하는 선박의 공기조화 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 공기조화 시스템은 실외 측에 설치된 실외기를 이용하여 냉매의 상변화 현상을 통해 실내를 냉난방 및 환기하는 장치로서 일반 건물 및 선박의 공기조화 설비로 사용되고 있다.
종래의 공기조화 시스템은 실내의 공기를 실외로 배출시키고 실외의 신선한 공기를 실내로 공급함으로써 기본적으로 환기의 기능을 수행하며, 실외로부터 흡입된 공기를 에어콘덴서(AIR CONDENSER) 또는 핸들링유닛(AIR HANDLING UNIT)을 이용하여 열교환시켜 실내로 공급함으로써 냉난방의 기능을 수행한다.
선실 내에 설치되는 선박의 공기조화 시스템은 사양에 따라 상이하나 통상 선박의 실외에 설치되는 중앙공급식 공조기(MAIN AIR CONDITIONING SYSTEM)를 통해 실내에 요구되는 공조 요건을 만족시킨다. 이때 중앙공급식 공조기는 선박의 외부 일측에 공조기를 설치하고, 이 공조기를 통해 선박의 선실 내에 차가운 공기 또는 뜨거운 공기를 공급하여 선실 내의 냉난방이 이루어지도록 한다. 한편 이러한 방식의 기존 선박 내 선박의 공기조화 시스템은 효율적으로 열에너지 운용이 되지 않는다는 문제가 있었다.
0001)한국 공개특허공보 10-2011-0086968호(2011.08.02.공개)
본 발명은 효율적인 열에너지 운용이 가능한 선박의 공기조화 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 축기와 선내 냉장실에 마련되는 열교환기를 연결하고 제1 유체가 흐르는 순환라인; 상기 압축기와 응축기를 연결하는 응축라인; 및 상기 순환라인에서 분기되어, 제2 유체가 통과하는 예열실에 설치되는 예열기가 마련된 예열라인;을 포함하고, 상기 예열기는 상기 제2 유체를 고온의 상기 제1 유체와 열교환시켜 실내 난방용으로 사용가능하게 하는 선박의 공기조화 시스템이 제공될 수 있다.
상기 제2 유체는 선체 외부에서 흡입되는 공기이고, 외부 온도가 설정온도 이상인 경우 상기 예열라인을 폐쇄하고, 외부 온도가 설정온도 미만인 경우 상기 예열라인을 개방하도록 제어될 수 있다.
외부 온도가 설정온도 이상인 경우 상기 응축라인을 개방하고, 외부 온도가 설정온도 미만인 경우 상기 응축라인을 폐쇄하도록 제어될 수 있다.
상기 순환라인은, 상기 열교환기에서 상기 압축기 쪽으로 제1 유체가 흐르는 제1 순환라인, 및 상기 압축기에서 상기 열교환기 쪽으로 제1 유체가 흐르는 제2 내지 3 순환라인을 포함하고, 상기 예열라인은, 상기 제2 내지 3 순환라인에서 분기되는 제1 예열라인과, 상기 예열기를 거쳐 상기 제2 내지 3 순환라인으로 다시 합류하도록 마련되는 제2 예열라인을 포함할 수 있다.
상기 압축기와 연결되는 상기 제2 순환라인, 상기 열교환기와 연결되는 상기 제3 순환라인, 및 상기 제1 예열라인과 각각 연결되는 삼방밸브를 포함하고, 상기 삼방밸브는 상기 제2 순환라인에서 공급되는 제1 유체 흐름을 상기 열교환기 또는 상기 예열기로 선택적으로 흐르도록 제어 가능할 수 있다.
상기 예열기와 상기 제3 순환라인을 연결하는 제2 예열라인에는 개폐밸브가 마련되고, 외부 온도가 설정온도 이상인 경우, 상기 삼방밸브는 상기 제2 순환라인과 상기 제3 순환라인을 연통하되 상기 제1 예열라인으로의 유체흐름은 차단하고, 상기 개폐밸브는 폐쇄하고, 상기 응축라인으로의 유체 흐름은 개방하고, 외부 온도가 설정온도 미만인 경우, 상기 삼방밸브는 상기 제2 순환라인과 상기 제1 예열라인을 연통하되 상기 제3 순환라인으로의 유체흐름은 차단하고, 상기 개폐밸브는 개방하고, 상기 응축라인으로의 유체 흐름은 차단하도록 제어될 수 있다.
상기 응축기와 쿨링펌프를 연결하고 제3 유체가 흐르는 청수라인을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 선박의 공기조화 시스템은, 예열라인이 냉장실에 냉기를 순환라인에서 분기되고, 외기를 순환라인과 열교환시켜 난방 대상공간으로 토출되도록 하는 예열라인을 구비하여, 겨울철에 순환라인의 제1 유체에서 전달되는 고온 에너지를 선실 난방용 에너지로 활용할 수 있다.
또한, 외부 온도가 설정온도 미만인 경우에 응축기와 압축기를 연결하는 응축라인을 폐쇄하고 예열라인을 개방함으로써, 냉매를 응축하기 위해 필요한 에너지를 예열라인을 통해 확보하여 선박 운용비용을 줄일 수 있다.
또한, 순환라인에 마련되는 삼방밸브와 예열라인에 마련되는 개폐밸브를 제어 가능하고, 이로써 외부온도가 설정온도 이하인 경우에만 냉매가 예열라인을 경유하도록 하여, 계절에 따라 효율적으로 선박의 공기조화 시스템을 운용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 선박의 공기조화 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 선박의 공기조화 시스템의 여름철 운행모드를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 선박의 공기조화 시스템의 겨울철 운행모드를 도시한다.
이하에서는 본 발명의 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 선박의 공기조화 시스템을 도시한다. 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 선박의 공기조화 시스템은 크게 쿨링펌프(150)와 실외기(40)를 연결하고 제3 유체가 흐르는 청수라인(152, 153)과, 실외기(40)와 실내기(50)를 연결하고 제1 유체가 흐르는 순환라인(211, 214, 215, 216)을 구비하고 실내기(50)를 이용해 냉장실(20)에 냉기를 공급하는 냉장부, 및 외기를 순환라인(211, 214, 215, 216)에서 분기되는 예열라인(217, 218)과 열교환시켜 난방 대상공간으로 토출 가능한 난방부를 포함한다.
즉, 선박의 공기조화 시스템은 압축기(110)와 선내 냉장실(20)에 마련되는 열교환기(130)를 연결하고 제1 유체가 흐르는 순환라인(211, 214, 215, 216), 압축기(110)와 응축기(120)를 연결하는 응축라인(212, 213), 순환라인(211, 214, 215, 216)에서 분기되어, 제2 유체가 통과하는 예열실(30)에 설치되는 예열기(140)가 마련된 예열라인(217, 218)을 포함하고, 예열기(140)는 제2 유체를 고온의 제1 유체와 열교환시켜 실내 난방용으로 사용가능하게 할 수 있다.
여기서, 제1 유체는 냉매로써 프레온가스가 사용되고, 제2 유체는 선체 외부에서 흡입되는 공기이고, 제3 유체는 순환유체로써 청수(Cooling water)일 수 있다. 이하에서는 이들 냉장부와 난방부의 상세 구성에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
선체(10)는 해상 구조물로써, LNG와 같은 액체화물을 해상에서 수송하거나 보관하는 LNG 수송선, LNG RV 등의 선박 또는 LNG FPSO, LNG FSRU 등의 해상 플랜트 등일 수 있다. 이러한 선체(10)는 도시되지는 않았으나 외판(outer hull)과 내판(inner hull)의 이중 헐(double hull)로 구성될 수 있다.
냉장실(20)은 선체(10) 내에 마련되는 냉장실 또는 냉동실일 수 있다. 이러한 선박의 냉장/냉동실은 365일 항시 가동되며, 냉장/냉동실용 냉동기의 운전 중 고온 상태의 냉매, 즉 제1 유체는 순환라인(211, 214, 215, 216)을 통해 냉각 사이클을 구현하고, 청수라인(152, 153)의 냉각수(약 36도), 즉 제3 유체와 열 교환할 수 있다. 이때, 냉장실(20)은 식료품용 냉동기일 수 있다.
실외기(40)와 순환라인(211, 214, 215, 216)과 연결되어 냉장실(20)의 온도를 낮추는 실내기(50)를 포함한다. 이때 실외기(40)는 냉매를 압축하는 압축기(110)와, 가열된 냉매의 열에너지를 방출시키는 응축기(120)를 포함하고, 실내기(50)는 온도가 높은 물체에서 낮은 물체에 효율적으로 열을 이동시키는 장치인 열교환기(130)와 열교환의 효율을 높이기 위한 공급펌프(23)가 마련될 수 있다.
압축기(110)는 기체를 압축시켜 압력을 높이는 기계적 장치로써, 기체에 기계적 에너지를 가해 기체의 역학적 에너지를 증가시킨 후 압력으로 바꾸어 고압기체를 얻는 기계장치일 수 있다. 이러한 압축기(110)는 제1 유체, 즉 냉매를 압축시키기 위한 작동모터(111)가 설치될 수 있다.
응축기(120)는 압축기(110)에서 압축에 의해서 가열된 냉매를 냉각시킬 수 있다. 고온의 냉매가스는 상부에서 응축기 내로 유입되며 파이프와 핀을 통해서 주변에 열을 전달하는 전달하는 역할을 한다. 냉각 후에 응축기(120)의 냉매는 순환라인(211, 214, 215, 216)을 통해 실내기(50) 쪽으로 공급된다. 이때 응축기(120)와 열교환기(130) 사이에는 팽창밸브(미도시)가 배치될 수 있다. 액체냉매는 팽창밸브로 유동하고, 그로써 기화된다. 기화된 냉매는 팽창밸브로부터 응축기(120)로 유동한다.
청수라인(152, 153)에는 제3 유체가 흐르며 응축기(120)를 매개로 제1 유체와 열교환시킬 수 있다. 이때 유체의 흐름은 제3 유체를 강제순환시키는 쿨링펌프(150)에 의해 수행될 수 있다.
쿨링펌프(150)는 압력작용에 의하여 액체나 기체의 유체를 관을 통해서 수송하거나, 저압의 용기 속에 있는 유체를 관을 통하여 고압의 용기 속으로 압송하는 역할을 수행하며, 물 뿐만 아니라 석유나 각종 약품 또는 펄프/비스코스/슬러지 등 특수한 유체의 수송에 사용되는 기기일 수 있다. 이때, 쿨링펌프(150)는 전기 모터(151)에 의해 구동될 수 있다.
실내기(50)는 순환라인(211, 214, 215, 216)을 통해 순환되는 제1 유체를 이용해 냉장실(20)을 저온상태로 유지시키기 위한 것으로, 냉장실(20)의 온도를 체크하여 설정온도 이상의 온도일 경우에 작동하여 차가운 바람을 송풍하고, 설정온도 이하일 경우에는 작동중단되어 냉장실(20) 내부 온도를 유지시키도록 제어될 수 있다.
난방부는 예열실(30)에 설치되고 예열라인(217, 218)에 마련되는 예열기(140)와, 흡입구(31)를 통해 예열실(30)을 경유하여 난방 대상공간(미도시)으로 배출되는 제2 유체를 유도하는 공급펌프(33)를 포함한다. 이때, 제2 유체는 선체 외부에서 흡입되는 외부 공기일 수 있다.
예열실(30)은 선박에 필수 공급되는 거주구 용 공조기, 즉 중앙식 공기 조화에 사용하는 공기 조화기인 AHU(Air Handling Unit)가 마련되는 공간으로써, 에어 필터, 공기 냉각기, 공기 가열기, 가습기, 공급펌프 등의 장치를 케이싱에 수납한 곳일 수 있다. 이러한 예열실(30)에는 제2 유체의 공급을 유도하기 위한 공급펌프(33)와, 외기를 흡입하기 위한 흡입구(31)와, 흡입구(31)와 예열실(30)을 연결하는 덕트(32)가 마련될 수 있다.
흡입구(31)는 개별적으로 마련된 예열실(30) 일측에 설치되는 것으로, 외부의 차가운 공기가 난방 대상공간으로 공급될 수 있도록 덕트(32)를 통해 연결된다. 그리고 난방 대상공간은 난방을 필요로 하는 공간으로, 선원이나 생명체가 거주하는 선실 또는 작업실일 수 있다. 이때, 흡입구(31)로는 섭씨 -10도 이하의 차가운 공기가 흡입될 수 있다.
순환라인(211, 214, 215, 216)은 열교환기(130)와 압축기(110)를 서로 연결하는 냉각라인으로써, 열교환기(130)에서 압축기(110) 쪽으로 제1 유체가 흐르도록 마련되는 제1 순환라인(211), 및 압축기(110)에서 열교환기(130) 쪽으로 제1 유체가 흐르도록 마련되는 제2 내지 3 순환라인(214, 215, 216)을 포함한다.
예열라인(217, 218)은 순환라인(211, 214, 215, 216)을 흐르는 제1 유체의 열에너지를 예열기(140)를 이용해 난방 대상공간으로 공급하기 위한 우회라인으로써, 제2 내지 3 순환라인(214, 215, 216)에서 분기되는 제1 예열라인(217)과, 예열기(140)를 거쳐 제2 내지 3 순환라인(214, 215, 216)으로 다시 합류하도록 마련되는 제2 예열라인(218)을 포함한다.
응축라인(212, 213)은 압축기(110)와 응축기(120)를 연결하되, 압축기(110)에서 응축기(120) 쪽으로의 유체흐름을 개폐 가능한 제1 응축라인(212)과, 응축기(120)에서 압축기(110) 쪽으로의 유체흐름을 개폐 가능한 제2 응축라인(213)을 포함한다.
한편, 이러한 예열라인(217, 218)은 외부 온도가 설정온도 이상인 경우 폐쇄되고, 외부 온도가 설정온도 미만인 경우 개방되도록 제어될 수 있다. 그리고 응축라인(212, 213)는 반대로, 외부 온도가 설정온도 이상인 경우 개방되고, 외부 온도가 설정온도 미만인 경우 폐쇄되도록 제어될 수 있다. 이때, 예열라인(217, 218)을 개방하거나 폐쇄하기 위하여 삼방밸브(220)와 개폐밸브(230)가 마련될 수 있다.
삼방밸브(220)는 압축기(110)와 연결되는 제2 순환라인(214), 열교환기(130)와 연결되는 제3 순환라인(215, 216), 및 제1 예열라인(217)과 각각 연결되고, 제2 순환라인(214)에서의 제1 유체 흐름을 열교환기(130) 또는 예열기(140)로 선택적으로 허용한다. 그리고 개폐밸브(230)는 예열기(140)와 제3 순환라인(215, 216)을 연결하는 제2 예열라인(218)에 마련된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 선박의 공기조화 시스템의 여름철 운행모드를 도시하고, 도 3은 겨울철 운행모드를 도시한다.
도 2를 참조하면, 외부 온도가 설정온도 이상인 경우, 삼방밸브(220)는 제2 순환라인(214)과 제3 순환라인(215, 216)을 연통하되 제1 예열라인(217)으로의 유체흐름은 차단하고, 개폐밸브(230)는 폐쇄하고, 응축라인(212, 213)으로의 유체 흐름은 개방할 수 있다. 이때 제1 유체는 제1 순환라인(211)과 압축기(110)와 응축라인(212, 213)과 제2 순환라인(214)과 제3 순환라인(215, 216)과 열교환기(130)를 따라 흐르게 된다.
도 3을 참조하면, 외부 온도가 설정온도 미만인 경우, 삼방밸브(220)는 제2 순환라인(214)과 제1 예열라인(217)을 연통하되 제3 순환라인(215, 216)으로의 유체흐름은 차단하고, 개폐밸브(230)는 개방하고, 응축라인(212, 213)으로의 유체 흐름은 차단하도록 제어될 수 있다. 이때 제1 유체는 압축기(110)와 제2 순환라인(214)과 예열라인(217, 218)과 예열기(140)와 제3 순환라인(216) 일부와 열교환기(130)와 제1 순환라인(211)을 따라 흐르게 된다.
즉, 도 3과 같이 겨울철에 외부온도가 설정온도 미만인 경우에 예열라인(217, 218)을 제한적으로 개방하여 사용할 수 있다. 따라서, 상술한 구성들이 유기적으로 결합된 본 발명의 선박의 공기조화 시스템은 예열라인(217, 218)이 순환라인(211, 214, 215, 216)에서 분기되고, 외기를 예열라인(217, 218)과 열교환시켜 난방 대상공간으로 토출하는 난방부를 구비하여, 겨울철에 냉장/냉동실 용 냉동기 냉매의 고온 에너지를 선실 난방용 에너지로 활용할 수 있다. 나아가, 냉매를 냉각하기 위해 필요한 에너지를 예열라인(217, 218)에서 빼앗긴 에너지만큼 절감할 수 있으므로 결국 선박 운용비용을 줄일 수 있다.
다시 말해, 겨울철 냉동기 운전 시 고온의 압축 냉매, 즉 제1 유체를 응축기(120)를 거치지 않고 거주구 용 공조기에 마련된 예열기(140)를 실외기(응축기) 형태로 사용할 수 있다. 즉, 겨울철 냉매 흐름은 압축기(110)에서 응축기 대용인 예열기(140), 냉동고용 증발기인 열교환기(130)를 거쳐 다시 압축기(110)를 순환하도록 할 수 있다.
따라서, 거주구 용 예열기(140)와 식료품용 열교환기(130)를 결합하여 겨울철 운전에너지를 절감할 수 있다. 나아가, 이 방식을 사용할 경우 겨울철에 열교환기(130)의 고온냉매를 응축기(120)로 냉각하지 않아 2차로 에너지 절감할 수 있고, 그로써 선박 운용비용 절감할 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10: 선체 20: 냉장실
30: 제2 유체 31: 유입공기
32: 토출공기 100: 냉장부
110: 쿨링펌프 111: 모터
120: 고온 제2 순환라인 121: 제1 밸브
122: 저온 제2 순환라인 130: 실외기
131: 응축기 132: 압축기
133: 모터 134: 제1 순환라인
135: 실내기 200: 난방부
210: 예열라인 211: 제2 밸브
212: 열교환기 213: 제3 밸브
220: 예열실 221: 공급펌프
231: 공기흡입구 232: 덕트

Claims (7)

  1. 압축기와 선내 냉장실에 마련되는 열교환기를 연결하고 제1 유체가 흐르는 순환라인;
    상기 압축기와 응축기를 연결하는 응축라인; 및
    상기 순환라인에서 분기되어, 제2 유체가 통과하는 예열실에 설치되는 예열기가 마련된 예열라인;을 포함하고,
    상기 예열기는 상기 제2 유체를 고온의 상기 제1 유체와 열교환시켜 실내 난방용으로 사용가능하게 하는 선박의 공기조화 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 유체는 선체 외부에서 흡입되는 공기이고,
    외부 온도가 설정온도 이상인 경우 상기 예열라인을 폐쇄하고,
    외부 온도가 설정온도 미만인 경우 상기 예열라인을 개방하도록 제어되는 선박의 공기조화 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    외부 온도가 설정온도 이상인 경우 상기 응축라인을 개방하고,
    외부 온도가 설정온도 미만인 경우 상기 응축라인을 폐쇄하도록 제어되는 선박의 공기조화 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 순환라인은, 상기 열교환기에서 상기 압축기 쪽으로 제1 유체가 흐르는 제1 순환라인, 및 상기 압축기에서 상기 열교환기 쪽으로 제1 유체가 흐르는 제2 내지 3 순환라인을 포함하고,
    상기 예열라인은, 상기 제2 내지 3 순환라인에서 분기되는 제1 예열라인과, 상기 예열기를 거쳐 상기 제2 내지 3 순환라인으로 다시 합류하도록 마련되는 제2 예열라인을 포함하는 선박의 공기조화 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 압축기와 연결되는 상기 제2 순환라인, 상기 열교환기와 연결되는 상기 제3 순환라인, 및 상기 제1 예열라인과 각각 연결되는 삼방밸브를 포함하고,
    상기 삼방밸브는 상기 제2 순환라인에서 공급되는 제1 유체 흐름을 상기 열교환기 또는 상기 예열기로 선택적으로 흐르도록 제어 가능한 선박의 공기조화 시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 예열기와 상기 제3 순환라인을 연결하는 제2 예열라인에는 개폐밸브가 마련되고,
    외부 온도가 설정온도 이상인 경우, 상기 삼방밸브는 상기 제2 순환라인과 상기 제3 순환라인을 연통하되 상기 제1 예열라인으로의 유체흐름은 차단하고, 상기 개폐밸브는 폐쇄하고, 상기 응축라인으로의 유체 흐름은 개방하고,
    외부 온도가 설정온도 미만인 경우, 상기 삼방밸브는 상기 제2 순환라인과 상기 제1 예열라인을 연통하되 상기 제3 순환라인으로의 유체흐름은 차단하고, 상기 개폐밸브는 개방하고, 상기 응축라인으로의 유체 흐름은 차단하도록 제어되는 선박의 공기조화 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 응축기와 쿨링펌프를 연결하고 제3 유체가 흐르는 청수라인을 더 포함하는 선박의 공기조화 시스템.
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KR20110086968A (ko) 2010-01-25 2011-08-02 삼성중공업 주식회사 공기조화시스템

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