KR20250068942A - Power generating system of ships using waste heat - Google Patents

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KR20250068942A KR1020230155074A KR20230155074A KR20250068942A KR 20250068942 A KR20250068942 A KR 20250068942A KR 1020230155074 A KR1020230155074 A KR 1020230155074A KR 20230155074 A KR20230155074 A KR 20230155074A KR 20250068942 A KR20250068942 A KR 20250068942A
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의해 폐열을 활용한 선박의 동력 발생 시스템이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 폐열을 활용한 선박의 동력 발생 시스템은, 제1 연료와 소기(scavenge air)를 연소하여 동력을 발생시키는 메인엔진과, 메인엔진에서 생성된 제1 배기가스를 배출하는 제1 배기관 상에 설치되어 제1 배기가스의 압력으로 회전하는 구동터빈과, 메인엔진의 흡기관에 설치되며 구동터빈과 축결합되어 구동력을 전달받아 흡기관을 유동하는 소기를 압축하여 메인엔진으로 공급하는 압축터빈을 포함하는 과급기와, 구동터빈 후단의 제1 배기관 상에 설치되며 제1 배기가스와 제1 피드워터를 열교환하여 스팀소비처로 공급할 제1 스팀을 생성하는 제1 폐열회수부와, 제1 폐열회수부 후단에서 제1 배기가스와 제2 피드워터를 열교환하여 제1 고온수를 생성하는 제2 폐열회수부를 포함하는 제1 이코노마이저와, 압축터빈 후단의 흡기관 상에 설치되어 압축터빈에서 압축된 소기와 제3 피드워터를 열교환하여 제2 고온수를 생성하는 열교환기와, 제1 고온수와 제2 고온수 중 적어도 하나를 냉매와 열교환하는 가열기를 포함하여 전기를 생성하는 전기생성유닛, 및 가열기로 공급되는 제1 고온수와 제2 고온수 중 적어도 하나의 유속을 기준 유속 이상으로 조정하는 유속조절부를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a power generation system for a ship utilizing waste heat is provided.
A power generation system of a ship utilizing waste heat according to one embodiment of the present invention comprises: a main engine generating power by combusting first fuel and scavenge air; a driving turbine installed on a first exhaust pipe discharging first exhaust gas generated from the main engine and rotating by the pressure of the first exhaust gas; a compressor installed on an intake pipe of the main engine and axially coupled with the driving turbine to receive driving power and compress the scavenge air flowing through the intake pipe and supply it to the main engine; a first waste heat recovery unit installed on a first exhaust pipe at the rear end of the driving turbine and heat-exchanging the first exhaust gas and the first feed water to generate first steam to be supplied to a steam consumer; a first economizer including a second waste heat recovery unit heat-exchanging the first exhaust gas and the second feed water at the rear end of the first waste heat recovery unit to generate first high-temperature water; a heat exchanger installed on an intake pipe at the rear end of the compression turbine and heat-exchanging the scavenge air compressed in the compression turbine and the third feed water to generate second high-temperature water; and a heat exchanger including the first high-temperature water and the second feed water. It may include an electricity generation unit that generates electricity, including a heater that heat-exchanges at least one of the second high-temperature water with a refrigerant, and a flow rate control unit that adjusts the flow rate of at least one of the first high-temperature water and the second high-temperature water supplied to the heater to a value higher than a reference flow rate.

Description

폐열을 활용한 선박의 동력 발생 시스템{Power generating system of ships using waste heat}Power generating system of ships using waste heat

본 발명은 폐열을 활용한 선박의 동력 발생 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배기가스의 폐열과, 소기를 압축하는 과정에서 발생되는 폐열을 활용하여 전기를 생산 가능한 동력 발생 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a power generation system for a ship utilizing waste heat, and more specifically, to a power generation system capable of producing electricity by utilizing waste heat of exhaust gas and waste heat generated in the process of compressing exhaust gas.

일반적으로, 선박에 설치된 메인엔진은 연료와, 압축 및 냉각 과정을 거친 소기(scavenge air)를 공급받아 연소하여 추진력을 생성하며, 연료의 연소에 따른 배기가스를 배출한다. 이러한 배기가스가 보유한 약 200~300℃의 폐열을 회수하여 재사용할 경우 에너지를 절감할 수 있으므로, 통상, 배기관 상에 절탄기(economizer)를 설치하여 폐열을 회수하고 있다.In general, the main engine installed on a ship receives fuel and scavenge air that has undergone a compression and cooling process, combusts it to generate propulsion, and emits exhaust gas resulting from the combustion of the fuel. Since energy can be saved if the waste heat of about 200 to 300℃ contained in this exhaust gas is recovered and reused, an economizer is usually installed on the exhaust pipe to recover the waste heat.

절탄기는 내부에 급수관을 배치하여 배기가스와 급수의 열교환을 통해 스팀을 생성하는데, 메인엔진의 로드에 따라 변동되는 배기가스의 양과 온도에 대응하여 스팀생성량도 가변되므로, 보일러에서 별도로 생성한 스팀을 스팀소비처에 공급하고 부족한 경우 절탄기에서 생성된 스팀으로 보완하고 있다. 이처럼, 절탄기에서 생성된 스팀이 부족분을 보완하는데 사용됨에 따라, 배기가스의 폐열이 충분히 회수되지 못하는 문제가 있다.The economizer generates steam by exchanging heat between the exhaust gas and the feed water by arranging a feed water pipe inside. Since the amount and temperature of the exhaust gas, which change depending on the load of the main engine, also change the amount of steam generated, the steam generated separately in the boiler is supplied to the steam consumer, and if there is a shortage, it is supplemented with the steam generated in the economizer. In this way, since the steam generated in the economizer is used to supplement the shortage, there is a problem that the waste heat of the exhaust gas is not sufficiently recovered.

또한, 소기는 메인엔진의 로드에 맞추어 필요한 압력으로 가압되는데, 가압 과정에서 온도가 90~200℃까지 증가하므로, 30~34℃로 강제 냉각하여 메인엔진에 공급하고 있다. 가압되어 온도가 증가한 소기를 냉각하는 과정에서 폐열이 발생되는데, 종래에는 이러한 폐열이 회수되지 못하고 그대로 버려져 에너지가 낭비되는 문제가 있다.In addition, the scavenger is pressurized to the required pressure according to the load of the main engine, and since the temperature increases to 90~200℃ during the pressurization process, it is forcibly cooled to 30~34℃ and supplied to the main engine. In the process of cooling the scavenger, whose temperature has increased due to pressurization, waste heat is generated, but in the past, this waste heat was not recovered and wasted as it was, resulting in the problem of energy waste.

이에, 배기가스의 폐열과, 소기의 폐열을 회수하여 활용할 수 있는 동력 발생 시스템을 제안하게 되었다.Accordingly, a power generation system that can recover and utilize the waste heat of exhaust gas and the waste heat of the engine was proposed.

대한민국 공개실용신안 제20-2020-0001353호 (2020.06.23.)Republic of Korea Public Utility Model No. 20-2020-0001353 (2020.06.23.)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 배기가스의 폐열과, 소기를 압축하는 과정에서 발생되는 폐열을 활용하여 전기를 생산 가능한 폐열을 활용한 선박의 동력 발생 시스템을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a power generation system for a ship that utilizes waste heat capable of producing electricity by utilizing waste heat of exhaust gas and waste heat generated in the process of compressing exhaust gas.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 폐열을 활용한 선박의 동력 발생 시스템은, 제1 연료와 소기(scavenge air)를 연소하여 동력을 발생시키는 메인엔진과, 상기 메인엔진에서 생성된 제1 배기가스를 배출하는 제1 배기관 상에 설치되어 상기 제1 배기가스의 압력으로 회전하는 구동터빈과, 상기 메인엔진의 흡기관에 설치되며 상기 구동터빈과 축결합되어 구동력을 전달받아 상기 흡기관을 유동하는 상기 소기를 압축하여 상기 메인엔진으로 공급하는 압축터빈을 포함하는 과급기와, 상기 구동터빈 후단의 상기 제1 배기관 상에 설치되며 상기 제1 배기가스와 제1 피드워터를 열교환하여 스팀소비처로 공급할 제1 스팀을 생성하는 제1 폐열회수부와, 상기 제1 폐열회수부 후단에서 상기 제1 배기가스와 제2 피드워터를 열교환하여 제1 고온수를 생성하는 제2 폐열회수부를 포함하는 제1 이코노마이저와, 상기 압축터빈 후단의 상기 흡기관 상에 설치되어 상기 압축터빈에서 압축된 상기 소기와 제3 피드워터를 열교환하여 제2 고온수를 생성하는 열교환기와, 상기 제1 고온수와 상기 제2 고온수 중 적어도 하나를 냉매와 열교환하는 가열기를 포함하여 전기를 생성하는 전기생성유닛, 및 상기 가열기로 공급되는 상기 제1 고온수와 상기 제2 고온수 중 적어도 하나의 유속을 기준 유속 이상으로 조정하는 유속조절부를 포함한다.According to an embodiment of the present invention for achieving the above technical task, a power generation system of a ship utilizing waste heat comprises: a main engine generating power by combusting first fuel and scavenge air; a driving turbine installed on a first exhaust pipe discharging a first exhaust gas generated from the main engine and rotating by the pressure of the first exhaust gas; a compression turbine installed on an intake pipe of the main engine and axially coupled with the driving turbine to receive driving force and compress the scavenge air flowing through the intake pipe and supply it to the main engine; a first waste heat recovery unit installed on the first exhaust pipe at the rear end of the driving turbine and heat-exchanging the first exhaust gas and first feed water to generate first steam to be supplied to a steam consumer; and a second waste heat recovery unit installed on the intake pipe at the rear end of the first waste heat recovery unit and heat-exchanging the first exhaust gas and second feed water to generate first high-temperature water; a first economizer including: a first waste heat recovery unit installed on the intake pipe at the rear end of the compression turbine and heat-exchanging the scavenge air compressed in the compression turbine and a third waste heat recovery unit; A power generation unit that generates electricity, including a heat exchanger that generates second high temperature water by heat-exchanging feed water, a heater that heat-exchanges at least one of the first high temperature water and the second high temperature water with a refrigerant, and a flow rate control unit that adjusts the flow rate of at least one of the first high temperature water and the second high temperature water supplied to the heater to a reference flow rate or higher.

상기 유속조절부는, 상기 제2 폐열회수부 내 상기 제2 피드워터의 유속을 측정하는 제1 센서부의 측정값이 기준값 이상이 되도록 상기 제2 폐열회수부로 공급되는 상기 제2 피드워터의 압력을 조절하는 제1 압력조절밸브와, 상기 열교환기 내 상기 제3 피드워터의 유속을 측정하는 제2 센서부의 측정값이 기준값 이상이 되도록 상기 열교환기로 공급되는 상기 제3 피드워터의 압력을 조절하는 제2 압력조절밸브를 포함할 수 있다.The above-described flow control unit may include a first pressure control valve that controls the pressure of the second feed water supplied to the second waste heat recovery unit so that a measurement value of a first sensor unit that measures the flow rate of the second feed water in the second waste heat recovery unit is equal to or greater than a reference value, and a second pressure control valve that controls the pressure of the third feed water supplied to the heat exchanger so that a measurement value of a second sensor unit that measures the flow rate of the third feed water in the heat exchanger is equal to or greater than a reference value.

상기 폐열을 활용한 선박의 동력 발생 시스템은, 상기 제1 폐열회수부 내 상기 제1 피드워터의 유속을 측정하는 제3 센서부의 측정값이 기준값 이상이 되도록 상기 제1 폐열회수부로 공급되는 상기 제1 피드워터의 압력을 조절하는 제3 압력조절밸브를 더 포함할 수 있다.The power generation system of a ship utilizing the waste heat may further include a third pressure regulating valve that regulates the pressure of the first feed water supplied to the first waste heat recovery unit so that a measurement value of a third sensor unit measuring a flow rate of the first feed water in the first waste heat recovery unit is equal to or higher than a reference value.

상기 전기생성유닛은, 폐루프 독립 사이클을 구성하여 상기 냉매가 순환하며, 상기 가열기가 설치되는 냉매순환라인과, 상기 가열기 전단의 상기 냉매순환라인 상에 설치되어 상기 가열기로 공급되는 상기 냉매를 가압하는 압축기와, 상기 가열기 후단의 상기 냉매순환라인 상에 설치되어 상기 가열기에서 가열된 상기 냉매를 팽창하는 팽창터빈과, 상기 팽창터빈 후단의 상기 냉매순환라인 상에 설치되어 상기 팽창터빈에서 팽창된 상기 냉매를 냉각하는 냉각기, 및 상기 팽창터빈에 연결되어 상기 팽창터빈의 회전력에 의해 전기를 생산하는 발전기를 포함할 수 있다.The above power generation unit may include a refrigerant circulation line in which the refrigerant circulates in a closed loop independent cycle and the heater is installed, a compressor installed on the refrigerant circulation line in front of the heater and pressurizing the refrigerant supplied to the heater, an expansion turbine installed on the refrigerant circulation line in the rear end of the heater and expanding the refrigerant heated by the heater, a cooler installed on the refrigerant circulation line in the rear end of the expansion turbine and cooling the refrigerant expanded in the expansion turbine, and a generator connected to the expansion turbine and generating electricity by the rotational force of the expansion turbine.

상기 폐열을 활용한 선박의 동력 발생 시스템은, 상기 가열기를 통과한 상기 제1 고온수와 상기 제2 고온수 중 적어도 하나와, 상기 스팀소비처에서 응축된 응축수를 냉각하여 저장하는 피드워터탱크와, 상기 피드워터탱크에 저장된 물을 고압으로 가압하는 가압펌프를 더 포함하되, 상기 가압펌프 후단에서 상기 제1 피드워터, 상기 제2 피드워터, 상기 제3 피드워터, 제4 피드워터로 분기될 수 있다.The power generation system of a ship utilizing the waste heat further includes a feed water tank that cools and stores at least one of the first high temperature water and the second high temperature water that has passed through the heater and the condensed water condensed at the steam consumer, and a pressurizing pump that pressurizes the water stored in the feed water tank to a high pressure, and the feed water can be branched into the first feed water, the second feed water, the third feed water, and the fourth feed water at the rear end of the pressurizing pump.

상기 폐열을 활용한 선박의 동력 발생 시스템은, 제2 연료를 연소하여 전력을 생산하는 발전기엔진고 상기 발전기엔진에서 생성된 제2 배기가스를 배출하는 제2 배기관 상에 설치되며, 상기 제2 배기가스와 상기 제4 피드워터를 열교환하여 제3 고온수를 생성하는 제2 이코노마이저를 더 포함하되, 상기 가열기는 상기 제1 고온수, 상기 제2 고온수, 상기 제3 고온수를 공급받아 상기 냉매를 가열할 수 있다.The power generation system of the ship utilizing the waste heat includes a generator engine that generates electricity by burning a second fuel, and a second exhaust pipe that discharges a second exhaust gas generated from the generator engine, and further includes a second economizer that heat-exchanges the second exhaust gas and the fourth feed water to generate third high-temperature water, wherein the heater can receive the first high-temperature water, the second high-temperature water, and the third high-temperature water to heat the refrigerant.

상기 폐열을 활용한 선박의 동력 발생 시스템은, 상기 열교환기 후단의 상기 흡기관 상에 설치되며 상기 소기를 청수와 열교환하여 상기 메인엔진에서 요구하는 온도로 냉각하는 소기쿨러와, 내부에 상기 청수가 순환하며 상기 소기쿨러와 청수쿨러를 경유하는 청수순환라인을 더 포함할 수 있다.The power generation system of a ship utilizing the above waste heat may further include a scavenging air cooler installed on the intake pipe at the rear end of the heat exchanger and cooling the scavenging air to a temperature required by the main engine by heat-exchanging with fresh water, and a fresh water circulation line through which the fresh water circulates and passes through the scavenging air cooler and the fresh water cooler.

상기 폐열을 활용한 선박의 동력 발생 시스템은, 상기 소기쿨러 후단의 상기 흡기관 상에 설치되어 상기 소기의 온도를 측정하는 온도센서, 및 상기 온도센서의 측정값에 대응하여 상기 소기쿨러로 공급되는 상기 청수의 양을 조절하는 유량조절밸브를 더 포함할 수 있다.The power generation system of a ship utilizing the above waste heat may further include a temperature sensor installed on the intake pipe at the rear end of the scavenging cooler to measure the temperature of the scavenging air, and a flow rate control valve that controls the amount of fresh water supplied to the scavenging air cooler in response to the measured value of the temperature sensor.

본 발명에 따르면, 배기가스와 피드워터를 열교환하여 생성한 제1 고온수와, 압축된 소기와 피드워터를 열교환하여 생성한 제2 고온수 중 적어도 하나를 전기생성유닛의 가열기로 공급하여 전기를 생성하는데 활용하므로, 배기가스의 폐열과 소기의 폐열을 충분히 회수할 수 있어 에너지를 절감할 수 있다. 특히, 유속조절부가 가열기로 공급되는 제1 고온수와 제2 고온수 중 적어도 하나의 유속을 기준 유속 이상으로 조정하므로, 메인엔진의 로드에 따라 배기가스의 유량과 온도, 및 소기의 압력과 온도가 변동되더라도 폐열을 최대한 회수할 수 있어 에너지 절감효과가 극대화될 수 있다.According to the present invention, since at least one of the first high temperature water generated by heat-exchanging exhaust gas and feed water and the second high temperature water generated by heat-exchanging compressed scavenging gas and feed water is supplied to a heater of a power generation unit and utilized to generate electricity, the waste heat of the exhaust gas and the waste heat of the scavenging gas can be sufficiently recovered, thereby saving energy. In particular, since the flow rate control unit adjusts the flow rate of at least one of the first high temperature water and the second high temperature water supplied to the heater to a reference flow rate or higher, even if the flow rate and temperature of the exhaust gas and the pressure and temperature of the scavenging gas vary depending on the load of the main engine, the waste heat can be recovered to the maximum extent, thereby maximizing the energy saving effect.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 폐열을 활용한 선박의 동력 발생 시스템을 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3은 폐열을 활용한 선박의 동력 발생 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 1 is a drawing illustrating a power generation system for a ship utilizing waste heat according to an embodiment of the present invention.
Figures 2 and 3 are drawings for explaining the operation of a power generation system of a ship utilizing waste heat.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.The advantages and features of the present invention, and the methods for achieving them, will become clearer with reference to the embodiments described in detail below together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and the present embodiments are provided only to make the disclosure of the present invention complete and to fully inform those skilled in the art of the scope of the invention, and the present invention is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 폐열을 활용한 선박의 동력 발생 시스템에 관하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 1 to 3, a power generation system for a ship utilizing waste heat according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

본 발명의 실시예에 따른 폐열을 활용한 선박의 동력 발생 시스템은 연료를 연소하여 선박에 필요한 동력과 전력을 발생시키고, 연료의 연소에 따른 배기가스의 폐열과 소기의 폐열을 최대한 회수하여 활용할 수 있는 시스템으로, 선박에 적용될 수 있다.A power generation system for a ship utilizing waste heat according to an embodiment of the present invention is a system that generates power and electricity required for a ship by burning fuel, and can recover and utilize waste heat of exhaust gas resulting from combustion of fuel and waste heat of the engine to the maximum extent possible, and can be applied to a ship.

폐열을 활용한 선박의 동력 발생 시스템은 배기가스와 피드워터를 열교환하여 생성한 제1 고온수와, 압축된 소기와 피드워터를 열교환하여 생성한 제2 고온수 중 적어도 하나를 전기생성유닛의 가열기로 공급하여 전기를 생성하는데 활용하므로, 배기가스의 폐열과 소기의 폐열을 충분히 회수할 수 있어 에너지를 절감할 수 있다. 특히, 유속조절부가 가열기로 공급되는 제1 고온수와 제2 고온수 중 적어도 하나의 유속을 기준 유속 이상으로 조정하므로, 메인엔진의 로드에 따라 배기가스의 유량과 온도, 및 소기의 압력과 온도가 변동되더라도 폐열을 최대한 회수할 수 있어 에너지 절감효과가 극대화될 수 있는 특징이 있다.The power generation system of a ship using waste heat generates electricity by supplying at least one of the first high temperature water generated by heat-exchanging exhaust gas and feedwater and the second high temperature water generated by heat-exchanging compressed scavenging gas and feedwater to the heater of the power generation unit, thereby sufficiently recovering the waste heat of the exhaust gas and the waste heat of the scavenging gas, thereby saving energy. In particular, since the flow rate control unit adjusts the flow rate of at least one of the first high temperature water and the second high temperature water supplied to the heater to a reference flow rate or higher, even if the flow rate and temperature of the exhaust gas and the pressure and temperature of the scavenging gas vary depending on the load of the main engine, the waste heat can be recovered to the maximum extent, thereby maximizing the energy saving effect.

이하, 도 1을 참조하여, 폐열을 활용한 선박의 동력 발생 시스템(1)에 관하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to Fig. 1, a power generation system (1) for a ship utilizing waste heat will be specifically described.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 폐열을 활용한 선박의 동력 발생 시스템을 도시한 도면이다.FIG. 1 is a drawing illustrating a power generation system for a ship utilizing waste heat according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 폐열을 활용한 선박의 동력 발생 시스템(1)은 메인엔진(10), 과급기(20), 제1 이코노마이저(30), 열교환기(40), 전기생성유닛(50), 및 유속조절부(60)를 포함한다.A power generation system (1) for a ship utilizing waste heat according to the present invention includes a main engine (10), a turbocharger (20), a first economizer (30), a heat exchanger (40), an electricity generation unit (50), and a flow control unit (60).

메인엔진(10)은 제1 연료와 소기를 연소하여 동력을 발생시키는 것으로, 여기서, 제1 연료라 함은, 가스 연료, 액상 연료, 가스와 액상의 혼합 연료 중 하나일 수 있다. 메인엔진(10)은 연료공급관(13)을 통해 공급받은 제1 연료와, 흡기관(12)을 통해 공급받은 소기를 연소하여 선박의 추진에 필요한 추진력을 발생시키며, 제1 연료의 연소에 따라 생성된 제1 배기가스를 제1 배기관(11)으로 배출한다. 제1 배기관(11) 상에는 후술할 과급기(20)를 비롯하여 제1 이코노마이저(30)가 설치될 수 있다.The main engine (10) generates power by combusting the first fuel and the scavenging gas, and the first fuel may be one of gaseous fuel, liquid fuel, and a mixture of gas and liquid fuel. The main engine (10) generates propulsive power required for propulsion of the ship by combusting the first fuel supplied through the fuel supply pipe (13) and the scavenging gas supplied through the intake pipe (12), and discharges the first exhaust gas generated by the combustion of the first fuel through the first exhaust pipe (11). A first economizer (30), including a supercharger (20) to be described later, may be installed on the first exhaust pipe (11).

과급기(20)는 제1 배기가스의 압력으로 메인엔진(10)으로 공급되는 소기를 압축시키는 것으로, 제1 배기관(11) 상에 설치되어 제1 배기가스의 압력으로 회전하는 구동터빈(21)과, 흡기관(12)에 설치되며 구동터빈(21)과 축결합되어 구동력을 전달받아 흡기관(12)을 유동하는 소기를 압축하여 메인엔진(10)으로 공급하는 압축터빈(22)을 포함한다. 압축터빈(22)에서 압축된 소기는 흡기관(12)을 통해 메인엔진(10)의 연소실로 공급되어 연소효율을 증가시킬 수 있다. 과급기(20)는 공지된 기술이므로, 구조에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.The supercharger (20) compresses the air supplied to the main engine (10) by the pressure of the first exhaust gas, and includes a drive turbine (21) installed on the first exhaust pipe (11) and rotating by the pressure of the first exhaust gas, and a compression turbine (22) installed on the intake pipe (12) and axially coupled with the drive turbine (21) to receive driving force, compress the air flowing through the intake pipe (12), and supply it to the main engine (10). The air compressed in the compression turbine (22) is supplied to the combustion chamber of the main engine (10) through the intake pipe (12), thereby increasing combustion efficiency. Since the supercharger (20) is a known technology, a detailed description of its structure will be omitted.

제1 이코노마이저(30)는 구동터빈(21) 후단의 제1 배기관(11) 상에 설치되며, 제1 배기가스와 제1 피드워터를 열교환하여 스팀소비처(C1)로 공급할 제1 스팀을 생성하는 제1 폐열회수부(31)와, 제1 폐열회수부(31) 후단에서 제1 배기가스와 제2 피드워터를 열교환하여 제1 고온수를 생성하는 제2 폐열회수부(32)를 포함할 수 있다. 즉, 메인엔진(10)에서 생성된 제1 배기가스는 구동터빈(21)을 통과한 후, 제1 폐열회수부(31)와 제2 폐열회수부(32)를 차례로 지나 대기 중에 배출된다. 제1 폐열회수부(31)와 제2 폐열회수부(32)는 제1 이코노마이저(30) 내부가 구획되어 형성되며, 각각, 제1 피드워터가 공급되는 제1 급수관(72)과, 제2 피드워터가 공급되는 제2 급수관(73)이 관통할 수 있다. 제1 피드워터는 제1 급수관(72)을 따라 제1 폐열회수부(31)를 유동하며 제1 배기가스의 폐열을 전달받아 제1 스팀으로 상변화되고, 제1 스팀은 스팀소비처(C1)로 공급된다. 제1 스팀의 생성량은 메인엔진(10)의 로드에 따라 가변되므로, 스팀소비처(C1)는 보일러부(160)에서 생성된 제2 스팀을 먼저 공급받고, 제2 스팀만으로 부족한 경우 제1 스팀을 추가로 공급받을 수 있다. 보일러부(160)는 제5 급수관(76)을 통해 제5 피드워터를 공급받고, 연료관(161)을 통해 공급받은 제3 연료를 연소하여 제2 스팀을 생성하며, 제2 스팀은 스팀공급관(162)을 통해 스팀소비처(C1)로 공급될 수 있다. 한편, 제2 피드워터는 제2 급수관(73)을 따라 제2 폐열회수부(32)를 유동하며 제1 배기가스의 폐열을 전달받아 제1 고온수가 될 수 있다. 스팀소비처(C1)로 공급되는 제1 스팀과 제2 스팀 중 일부는 분기되어 제1 고온수에 합류될 수도 있다.The first economizer (30) is installed on the first exhaust pipe (11) at the rear end of the driving turbine (21), and may include a first waste heat recovery unit (31) that heat-exchanges the first exhaust gas and the first feed water to generate first steam to be supplied to the steam consumer (C1), and a second waste heat recovery unit (32) that heat-exchanges the first exhaust gas and the second feed water at the rear end of the first waste heat recovery unit (31) to generate first high-temperature water. That is, the first exhaust gas generated from the main engine (10) passes through the driving turbine (21), then sequentially passes through the first waste heat recovery unit (31) and the second waste heat recovery unit (32), and is then discharged into the atmosphere. The first waste heat recovery unit (31) and the second waste heat recovery unit (32) are formed by dividing the inside of the first economizer (30), and a first feed water pipe (72) through which the first feed water is supplied, and a second feed water pipe (73) through which the second feed water is supplied, can pass through them, respectively. The first feed water flows through the first waste heat recovery unit (31) along the first feed water pipe (72), receives waste heat of the first exhaust gas, and is phase-changed into first steam, and the first steam is supplied to the steam consumer (C1). Since the amount of the first steam generated varies depending on the load of the main engine (10), the steam consumer (C1) first receives the second steam generated in the boiler unit (160), and when the second steam alone is insufficient, the first steam can be additionally supplied. The boiler unit (160) receives fifth feed water through the fifth feed water pipe (76), combusts third fuel supplied through the fuel pipe (161) to generate second steam, and the second steam can be supplied to the steam consumer (C1) through the steam supply pipe (162). Meanwhile, the second feed water flows through the second waste heat recovery unit (32) along the second feed water pipe (73) and receives waste heat of the first exhaust gas to become first high-temperature water. Some of the first steam and second steam supplied to the steam consumer (C1) may branch and join the first high-temperature water.

전술한 압축터빈(22) 후단의 흡기관(12) 상에는 열교환기(40)가 설치된다. 열교환기(40)는 압축터빈(22)에서 압축되어 온도가 증가한 소기와 제3 피드워터를 열교환하여 제2 고온수를 생성하는 것으로, 제3 피드워터가 공급되는 제3 급수관(74)이 관통할 수 있다. 제3 피드워터는 제3 급수관(74)을 따라 열교환기(40)를 유동하며 소기의 폐열을 전달받아 제2 고온수가 될 수 있다.A heat exchanger (40) is installed on the intake pipe (12) at the rear end of the compression turbine (22) described above. The heat exchanger (40) heat-exchanges the exhaust air, which is compressed by the compression turbine (22) and has an increased temperature, with the third feed water to generate second high-temperature water, and a third feed water pipe (74) through which the third feed water is supplied can pass through it. The third feed water flows through the heat exchanger (40) along the third feed water pipe (74) and receives waste heat from the exhaust air to become second high-temperature water.

열교환기(40) 후단의 흡기관(12) 상에는 소기쿨러(120)와 온도센서(140)가 차례로 설치될 수 있다. 소기쿨러(120)는 소기와 청수를 열교환하여 메인엔진(10)에서 요구하는 온도로 냉각하며, 청수는 소기쿨러(120)와 청수쿨러(131)를 경유하는 청수순환라인(130) 내부를 순환할 수 있다. 즉, 청수쿨러(131)에서 냉각된 청수는 청수순환라인(130)을 따라 적어도 일부가 소기쿨러(120)로 유동하여 소기를 냉각시키고, 다시 청수쿨러(131)로 순환된다. 소기쿨러(120)와 청수쿨러(131) 사이의 청수순환라인(130) 상에는 청수를 냉각하는 보조쿨러(133)가 추가로 설치될 수 있으며, 보조쿨러(133) 후단에는 청수를 가압하는 청수펌프(132)가 설치될 수 있다. 보조쿨러(133)와 청수펌프(132) 사이의 청수순환라인(130)에는 청수를 추가 공급하는 청수공급관(도면부호 미도시)과, 청수를 배출하는 청수배출관(도면부호 미도시)이 연결될 수 있다.A scavenging cooler (120) and a temperature sensor (140) may be sequentially installed on the intake pipe (12) at the rear end of the heat exchanger (40). The scavenging cooler (120) exchanges heat between the scavenging air and fresh water to cool them to a temperature required by the main engine (10), and the fresh water may be circulated inside a fresh water circulation line (130) passing through the scavenging air cooler (120) and the fresh water cooler (131). That is, at least a portion of the fresh water cooled in the fresh water cooler (131) flows along the fresh water circulation line (130) to the scavenging air cooler (120) to cool the scavenging air, and is then circulated back to the fresh water cooler (131). An auxiliary cooler (133) for cooling the fresh water may be additionally installed on the fresh water circulation line (130) between the air cooler (120) and the fresh water cooler (131), and a fresh water pump (132) for pressurizing the fresh water may be installed at the rear end of the auxiliary cooler (133). A fresh water supply pipe (not shown in the drawing) for additionally supplying fresh water and a fresh water discharge pipe (not shown in the drawing) for discharging the fresh water may be connected to the fresh water circulation line (130) between the auxiliary cooler (133) and the fresh water pump (132).

온도센서(140)는 소기쿨러(120) 후단의 흡기관(12) 상에 설치되어 소기의 온도를 측정하며, 유량조절밸브(150)와 연동될 수 있다. 유량조절밸브(150)는 온도센서(140)의 측정값에 대응하여 청수쿨러(131)에서 소기쿨러(120)로 공급되는 청수의 양을 조절할 수 있다. 예를 들어, 온도센서(140)의 측정값이 기준온도, 예를 들어, 30~34℃를 초과한 경우, 유량조절밸브(150)는 소기쿨러(120)로 공급되는 청수의 양을 증가시켜 소기의 온도를 기준온도로 낮출 수 있다. 반대로, 온도센서(140)의 측정값이 기준온도 미만인 경우, 유량조절밸브(150)는 청수가 소기쿨러(120)를 우회하도록 제어할 수 있다.The temperature sensor (140) is installed on the intake pipe (12) at the rear end of the scavenging cooler (120) to measure the temperature of the scavenging air, and can be linked to the flow rate control valve (150). The flow rate control valve (150) can control the amount of fresh water supplied from the fresh water cooler (131) to the scavenging cooler (120) in response to the measurement value of the temperature sensor (140). For example, when the measurement value of the temperature sensor (140) exceeds a reference temperature, for example, 30 to 34°C, the flow rate control valve (150) can increase the amount of fresh water supplied to the scavenging cooler (120) to lower the temperature of the scavenging air to the reference temperature. Conversely, when the measurement value of the temperature sensor (140) is lower than the reference temperature, the flow rate control valve (150) can control the fresh water to bypass the scavenging cooler (120).

전술한 제2 폐열회수부(32)에서 생성된 제1 고온수와, 열교환기(40)에서 생성된 제2 고온수 중 적어도 하나는 전기생성유닛(50)의 가열기(51)로 공급될 수 있다. 전기생성유닛(50)은 제1 고온수와 제2 고온수 중 적어도 하나의 열을 전달받아 냉매를 상변화시켜 전기를 생성하는 것으로, 여기서, 냉매라 함은, 물보다 증발 온도가 낮고 증기압이 높은 열매체, 예를 들어, Refrig-113(플루오르탄소 화합물, C2CI3F3)와 같이, 0bar, 20℃ 이하에서 액상이고, 5bar, 100℃ 이상에서 기상인 물질일 수 있다. 전기생성유닛(50)은 냉매순환라인(52), 압축기(53), 가열기(51), 팽창터빈(54), 냉각기(55), 및 발전기(56)를 포함하여 랭킨 사이클(Rankine cycle)을 구성할 수 있다.At least one of the first high temperature water generated in the second waste heat recovery unit (32) described above and the second high temperature water generated in the heat exchanger (40) can be supplied to the heater (51) of the power generation unit (50). The power generation unit (50) receives heat from at least one of the first high temperature water and the second high temperature water and performs a phase change on the refrigerant to generate electricity. Here, the refrigerant may be a heat medium having a lower evaporation temperature and higher vapor pressure than water, for example, a substance such as Refrig-113 (fluorocarbon compound, C2CI3F3) that is liquid at 0 bar and 20°C or lower and gaseous at 5 bar and 100°C or higher. The power generation unit (50) may include a refrigerant circulation line (52), a compressor (53), a heater (51), an expansion turbine (54), a cooler (55), and a generator (56) to configure a Rankine cycle.

냉매순환라인(52)은 폐루프 독립 사이클을 구성하여 냉매가 순환하는 것으로, 압축기(53), 가열기, 팽창터빈(54), 냉각기(55)가 설치될 수 있다. 압축기(53)는 가열기(51) 전단에 설치되어 가열기(51)로 공급되는 냉매를 가압하며, 가열기(51)는 제1 고온수와 제2 고온수 중 적어도 하나와 냉매를 열교환하여 냉매를 가열 및 증발시킬 수 있다. 가열기(51)가 제1 고온수와 제2 고온수 중 적어도 하나를 공급받아 냉매를 가열 및 증발시킴으로써, 제1 배기가스의 폐열과 소기의 폐열을 활용할 수 있는 장점이 있다. 팽창터빈(54)은 가열기(51) 후단에 설치되어 가열기(51)에서 가열 및 증발된 냉매를 팽창시켜 감압시키며, 냉각기(55)는 팽창터빈(54) 후단에 설치되어 팽창터빈(54)에서 팽창된 냉매를 냉각시킬 수 있다. 냉각기(55)에서 냉각된 냉매는 다시 압축기(53)로 공급될 수 있다. 발전기(56)는 팽창터빈(54)에 축결합되어 팽창터빈(54)의 회전력에 의해 전기를 생산하며, 생산된 전기는 후술할 전력관리시스템(100)으로 공급될 수 있다. 이처럼, 전기생성유닛(50)이 가변압력 방식의 랭킨 사이클을 형성함으로써, 기존 시스템보다 폐열 회수 효율이 향상될 수 있고, 메인엔진(10)의 로드에 따라 최적의 압력에서 운전될 수 있어 시스템 효율도 높은 장점이 있다.The refrigerant circulation line (52) forms a closed loop independent cycle in which the refrigerant circulates, and a compressor (53), a heater, an expansion turbine (54), and a cooler (55) can be installed. The compressor (53) is installed in front of the heater (51) to pressurize the refrigerant supplied to the heater (51), and the heater (51) can heat and evaporate the refrigerant by heat-exchanging the refrigerant with at least one of the first high temperature water and the second high temperature water. Since the heater (51) receives at least one of the first high temperature water and the second high temperature water and heats and evaporates the refrigerant, there is an advantage in that the waste heat of the first exhaust gas and the waste heat of the exhaust gas can be utilized. The expansion turbine (54) is installed in the rear of the heater (51) to expand and depressurize the refrigerant heated and evaporated in the heater (51), and the cooler (55) is installed in the rear of the expansion turbine (54) to cool the refrigerant expanded in the expansion turbine (54). The refrigerant cooled in the cooler (55) can be supplied back to the compressor (53). The generator (56) is shaft-coupled to the expansion turbine (54) to generate electricity by the rotational force of the expansion turbine (54), and the generated electricity can be supplied to the power management system (100) described later. In this way, since the power generation unit (50) forms a variable pressure Rankine cycle, the waste heat recovery efficiency can be improved compared to the existing system, and the system efficiency can be high because it can be operated at an optimal pressure depending on the load of the main engine (10).

가열기(51)를 통과한 제1 고온수와 제2 고온수 중 적어도 하나와, 스팀소비처(C1)에서 스팀이 응축되어 형성된 응축수는 쿨러(72)에서 냉각된 후 피드워터탱크(70)에 저장되며, 피드워터탱크(70)에 저장된 물은 가압펌프(71)에서 고압, 예를 들어, 9bar로 가압되어 제1 피드워터, 제2 피드워터, 제3 피드워터, 제4 피드워터, 제5 피드워터로 분기될 수 있다.At least one of the first high temperature water and the second high temperature water that has passed through the heater (51) and the condensate formed by condensing steam at the steam consumer (C1) are cooled in the cooler (72) and then stored in the feed water tank (70). The water stored in the feed water tank (70) can be pressurized to a high pressure, for example, 9 bar, by the pressurizing pump (71) and branched into the first feed water, the second feed water, the third feed water, the fourth feed water, and the fifth feed water.

한편, 제1 고온수와 제2 고온수 중 적어도 하나가 가열기(51)로 공급될 때, 유속조절부(60)는 가열기(51)로 공급되는 제1 고온수와 제2 고온수 중 적어도 하나의 유속을 기준 유속 이상으로 조정할 수 있다. 전술한 바와 같이, 가압펌프(71)는 피드워터탱크(70)에 저장된 물을 고압, 예를 들어, 9bar로 가압하여 제2 피드워터, 제3 피드워터로 공급하는데, 메인엔진(10)의 로드에 따라 배기가스의 양과 온도가 변하므로, 제2 폐열회수부(32)를 통과하는 제2 피드워터와, 열교환기(40)를 통과하는 제3 피드워터의 유속이 느려질 수 있다. 제2 폐열회수부(32)와 열교환기(40)는 각각, 설계 시 침전 방지를 위한 피드워터의 최소 튜브 유속(tube velocity)이 정해져 있으므로, 피드워터의 유속이 최소 튜브 유속 이하가 되는 것을 방지하기 위해서는, 튜브 수를 줄이거나 피드워터의 유량을 늘릴 필요가 있다. 그러나, 튜브 수를 줄일 경우, 폐열회수량이 줄어 들어 최대한으로 폐열을 회수할 수 없는 문제가 있고, 유량을 늘릴 경우, 가압펌프(71)에서 소모되는 전력량이 증가하여 효율이 저하되는 문제가 있다. 제2 폐열회수부(32)와 열교환기(40)의 출구단 온도 조건에 대응하여 피드워터가 포화 상태가 되는 압력으로 맞출 경우, 피드워터가 일부 스팀화되면서 물 대비 부피가 증가하므로 유속이 빨라질 수 있다. 즉, 유속조절부(60)는 피드워터의 압력을 조절하여 피드워터의 유속을 조절하고, 피드워터의 유속 조절을 통해 고온수의 유속을 기준 유속 이상으로 조정할 수 있다.Meanwhile, when at least one of the first high temperature water and the second high temperature water is supplied to the heater (51), the flow rate control unit (60) can adjust the flow rate of at least one of the first high temperature water and the second high temperature water supplied to the heater (51) to a reference flow rate or higher. As described above, the pressurizing pump (71) pressurizes the water stored in the feed water tank (70) to a high pressure, for example, 9 bar, and supplies it to the second feed water and the third feed water. However, since the amount and temperature of the exhaust gas change depending on the load of the main engine (10), the flow rates of the second feed water passing through the second waste heat recovery unit (32) and the third feed water passing through the heat exchanger (40) may slow down. Since the second waste heat recovery unit (32) and the heat exchanger (40) have a minimum tube velocity of the feed water determined during the design to prevent sedimentation, in order to prevent the feed water velocity from falling below the minimum tube velocity, it is necessary to reduce the number of tubes or increase the feed water flow rate. However, if the number of tubes is reduced, the waste heat recovery amount is reduced, which causes a problem in that the waste heat cannot be recovered to the maximum, and if the flow rate is increased, the power consumed by the pressurizing pump (71) increases, which causes a problem in that the efficiency is reduced. If the pressure is adjusted to saturate the feed water in response to the outlet temperature conditions of the second waste heat recovery unit (32) and the heat exchanger (40), the feed water may partially steam, thereby increasing its volume relative to water, and thus the flow rate may increase. That is, the flow control unit (60) controls the flow rate of the feed water by controlling the pressure of the feed water, and by controlling the flow rate of the feed water, the flow rate of the high-temperature water can be controlled to a value higher than the standard flow rate.

유속조절부(60)는, 제2 폐열회수부(32)로 공급되는 제2 피드워터의 압력을 조절하는 제1 압력조절밸브(61)와, 열교환기(40)로 공급되는 제3 피드워터의 압력을 조절하는 제2 압력조절밸브(62)를 포함할 수 있다. 제1 압력조절밸브(61)는 제2 폐열회수부(32) 내 제2 피드워터의 유속을 측정하는 제1 센서부(32a)의 측정값이 기준 값 이상이 되도록 제2 피드워터의 압력을 조절하며, 제2 압력조절밸브(62)는 열교환기(40) 내 제3 피드워터의 유속을 측정하는 제2 센서부(40a)의 측정값이 기준 값 이상이 되도록 제3 피드워터의 압력을 조절할 수 있다. 유속조절부(60)가 피드워터의 압력을 조절하여 고온수의 유속을 기준 유속 이상으로 조정함으로써, 메인엔진(10)의 로드에 따라 배기가스의 유량과 온도, 및 소기의 압력과 온도가 변동되더라도 폐열을 최대한 회수할 수 있어 에너지 절감효과가 극대화될 수 있다. 한편, 메인엔진(10)의 로드가 특정 값 또는 특정 구간일 경우, 열교환기(40)의 최소 튜브 유속이 제한되지 않으므로, 제2 압력조절밸브(62)는 소기의 폐열을 최대한 회수할 수 있는 압력으로 제3 피드가스의 압력을 조절할 수 있다.The flow control unit (60) may include a first pressure control valve (61) for controlling the pressure of the second feed water supplied to the second waste heat recovery unit (32), and a second pressure control valve (62) for controlling the pressure of the third feed water supplied to the heat exchanger (40). The first pressure control valve (61) may control the pressure of the second feed water so that the measurement value of the first sensor unit (32a) for measuring the flow rate of the second feed water in the second waste heat recovery unit (32) becomes equal to or greater than a reference value, and the second pressure control valve (62) may control the pressure of the third feed water so that the measurement value of the second sensor unit (40a) for measuring the flow rate of the third feed water in the heat exchanger (40) becomes equal to or greater than a reference value. Since the flow rate control unit (60) adjusts the pressure of the feed water to adjust the flow rate of the high-temperature water to a value higher than the reference flow rate, the energy saving effect can be maximized by maximizing the waste heat recovery even if the flow rate and temperature of the exhaust gas and the pressure and temperature of the desired gas fluctuate depending on the load of the main engine (10). Meanwhile, when the load of the main engine (10) is a specific value or a specific section, the minimum tube flow rate of the heat exchanger (40) is not limited, so the second pressure control valve (62) can adjust the pressure of the third feed gas to a pressure that can maximally recover the desired waste heat.

또한, 메인엔진(10)의 로드에 따라 제1 폐열회수부(31)를 통과하는 제1 피드워터의 유속이 느려져 최소 튜브 유속 이하가 될 수 있으므로, 유속조절부(60)는 제1 폐열회수부(31)로 공급되는 제1 피드워터의 압력을 조절하는 제3 압력조절밸브(63)도 포함할 수 있다. 제3 압력조절밸브(63)는 제1 폐열회수부(31) 내 제1 피드워터의 유속을 측정하는 제3 센서부(31a)의 측정값이 기준값 이상이 되도록 제1 피드워터의 압력을 조절할 수 있다.In addition, since the flow rate of the first feed water passing through the first waste heat recovery unit (31) may slow down depending on the load of the main engine (10) and become lower than the minimum tube flow rate, the flow rate control unit (60) may also include a third pressure control valve (63) that controls the pressure of the first feed water supplied to the first waste heat recovery unit (31). The third pressure control valve (63) may control the pressure of the first feed water so that the measured value of the third sensor unit (31a) that measures the flow rate of the first feed water in the first waste heat recovery unit (31) becomes higher than a reference value.

선내 필요한 전력은 발전기엔진(80)에서도 생성될 수 있다. 발전기엔진(80)은 제2 연료를 연소하여 전력을 생산하는 것으로, 여기서, 제2 연료라 함은, 가스 연료, 액상 연료, 가스와 액상의 혼합 연료 중 하나일 수 있으며 제1 연료와 동일 성분의 연료일 수도 있고 다른 성분의 연료일 수도 있다. 발전기엔진(80)은 제2 연료의 연소에 따라 생성된 제2 배기가스를 제2 배기관(81)으로 배출하며, 제2 배기관(81) 상에는 제2 이코노마이저(90)가 설치될 수 있다. 즉, 발전기엔진(80)에서 생성된 제2 배기가스는 제2 이코노마이저(90)를 지나 대기 중에 배출된다.The power required on board can also be generated by the generator engine (80). The generator engine (80) generates power by burning the second fuel. Here, the second fuel may be one of gaseous fuel, liquid fuel, and a mixture of gas and liquid, and may be a fuel having the same composition as the first fuel or a fuel having a different composition. The generator engine (80) discharges the second exhaust gas generated by burning the second fuel through the second exhaust pipe (81), and a second economizer (90) may be installed on the second exhaust pipe (81). That is, the second exhaust gas generated by the generator engine (80) passes through the second economizer (90) and is discharged into the atmosphere.

제2 이코노마이저(90)는 제2 배기가스와 제4 피드워터를 열교환하여 제3 고온수를 생성하고, 생성된 제3 고온수를 가열기(51)로 공급할 수 있다. 다시 말해, 가열기(51)는 제1 고온수, 제2 고온수, 제3 고온수를 공급받아 냉매를 가열할 수 있다. 제2 이코노마이저(90)는 제4 피드워터가 공급되는 제4 급수관(75)이 관통하며, 제4 피드워터는 제4 급수관(75)을 따라 제2 이코노마이저(90)를 유동하며 제2 배기가스의 폐열을 전달받아 제3 고온수가 될 수 있다.The second economizer (90) can generate third high-temperature water by heat-exchanging the second exhaust gas and the fourth feed water, and supply the generated third high-temperature water to the heater (51). In other words, the heater (51) can heat the refrigerant by receiving the first high-temperature water, the second high-temperature water, and the third high-temperature water. The second economizer (90) has a fourth feed water pipe (75) through which the fourth feed water is supplied, and the fourth feed water flows through the second economizer (90) along the fourth feed water pipe (75) and can receive waste heat of the second exhaust gas to become third high-temperature water.

발전기엔진(80)의 로드에 따라 제2 이코노마이저(90)를 통과하는 제4 피드워터의 유속이 느려져 최소 튜브 유속 이하가 될 수 있으므로, 유속조절부(60)는 제2 이코노마이저(90)로 공급되는 제4 피드워터의 압력을 조절하는 제4 압력조절밸브(64)도 포함할 수 있다. 제4 압력조절밸브(64)는 제2 이코노마이저(90) 내 제4 피드워터의 유속을 측정하는 제4 센서부(90a)의 측정값이 기준값 이상이 되도록 제4 피드워터의 압력을 조절할 수 있다. 한편, 발전기엔진(80)의 로드가 특정 값 또는 특정 구간일 경우, 제2 이코노마이저(90)의 최소 튜브 유속이 제한되지 않으므로, 제4 압력조절밸브(64)는 제2 배기가스의 폐열을 최대한 회수할 수 있는 압력으로 제4 피드가스의 압력을 조절할 수 있다.Since the flow rate of the fourth feed water passing through the second economizer (90) may slow down depending on the load of the generator engine (80) and may become lower than the minimum tube flow rate, the flow rate control unit (60) may also include a fourth pressure control valve (64) that controls the pressure of the fourth feed water supplied to the second economizer (90). The fourth pressure control valve (64) may control the pressure of the fourth feed water so that the measured value of the fourth sensor unit (90a) measuring the flow rate of the fourth feed water in the second economizer (90) becomes higher than a reference value. Meanwhile, since the minimum tube flow rate of the second economizer (90) is not limited when the load of the generator engine (80) is a specific value or a specific section, the fourth pressure control valve (64) may control the pressure of the fourth feed gas to a pressure that can recover the waste heat of the second exhaust gas to the maximum extent.

전기생성유닛(50)에서 생산된 전기와, 발전기엔진(80)에서 생성된 전력은 전력관리시스템(100)으로 공급될 수 있다. 전력관리시스템(100)은 전기생성유닛(50)에서 공급받은 전기와, 발전기엔진(80)에서 공급받은 전력을 선내 전력소비처(C2)로 공급하거나 배터리(110)에 저장하여 필요 시 전력소비처(C2)로 공급할 수 있다.Electricity produced by the power generation unit (50) and power generated by the generator engine (80) can be supplied to the power management system (100). The power management system (100) can supply the electricity supplied by the power generation unit (50) and power supplied by the generator engine (80) to the power consumption location (C2) on board or store the electricity in the battery (110) and supply it to the power consumption location (C2) when necessary.

이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 폐열을 활용한 선박의 동력 발생 시스템(1)의 동작에 대해 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 2 and 3, the operation of the ship's power generation system (1) utilizing waste heat will be described in more detail.

도 2 및 도 3은 폐열을 활용한 선박의 동력 발생 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.Figures 2 and 3 are drawings for explaining the operation of a power generation system of a ship utilizing waste heat.

본 발명에 따른 폐열을 활용한 선박의 동력 발생 시스템(1)은 배기가스와 피드워터를 열교환하여 생성한 제1 고온수와, 압축된 소기와 피드워터를 열교환하여 생성한 제2 고온수 중 적어도 하나를 전기생성유닛(50)의 가열기(51)로 공급하여 전기를 생성하는데 활용하므로, 배기가스의 폐열과 소기의 폐열을 충분히 회수할 수 있어 에너지를 절감할 수 있다. 특히, 유속조절부(60)가 가열기(51)로 공급되는 제1 고온수와 제2 고온수 중 적어도 하나의 유속을 기준 유속 이상으로 조정하므로, 메인엔진(10)의 로드에 따라 배기가스의 유량과 온도, 및 소기의 압력과 온도가 변동되더라도 폐열을 최대한 회수할 수 있어 에너지 절감효과가 극대화될 수 있다.The power generation system (1) of a ship utilizing waste heat according to the present invention generates electricity by supplying at least one of the first high temperature water generated by heat-exchanging exhaust gas and feed water and the second high temperature water generated by heat-exchanging compressed scavenging gas and feed water to a heater (51) of an electricity generation unit (50), so that the waste heat of the exhaust gas and the waste heat of the scavenging gas can be sufficiently recovered, thereby saving energy. In particular, since the flow rate control unit (60) adjusts the flow rate of at least one of the first high temperature water and the second high temperature water supplied to the heater (51) to a reference flow rate or higher, even if the flow rate and temperature of the exhaust gas and the pressure and temperature of the scavenging gas vary depending on the load of the main engine (10), the waste heat can be recovered to the maximum extent, thereby maximizing the energy saving effect.

도 2는 메인엔진의 로드가 100%인 경우의 제1 배기가스, 소기, 제1 내지 제3 고온수의 상태를 도시한 도면이고, 도 3은 메인엔진의 로드가 70%인 경우의 제1 배기가스, 소기, 제1 내지 제3 고온수의 상태를 도시한 도면이다.Fig. 2 is a drawing showing the states of the first exhaust gas, scavenging air, and the first to third high-temperature water when the load of the main engine is 100%, and Fig. 3 is a drawing showing the states of the first exhaust gas, scavenging air, and the first to third high-temperature water when the load of the main engine is 70%.

먼저, 도 2를 참조하면, 메인엔진(10)은 연료공급관(13)을 통해 공급받은 제1 연료와, 흡기관(12)을 통해 공급받은 소기를 연소하여 동력을 발생시키고, 제1 연료의 연소에 따라 생성된 제1 배기가스를 제1 배기관(11)으로 배출한다. 제1 배기관(11) 상에 설치된 과급기(20)의 구동터빈(21)은 제1 배기가스의 압력으로 회전하며, 흡기관(12) 상에 설치되어 구동터빈(21)에 축결합된 압축터빈(22)은 구동력을 전달받아 소기를 압축한다.First, referring to Fig. 2, the main engine (10) generates power by combusting the first fuel supplied through the fuel supply pipe (13) and the exhaust gas supplied through the intake pipe (12), and discharges the first exhaust gas generated by the combustion of the first fuel through the first exhaust pipe (11). The drive turbine (21) of the supercharger (20) installed on the first exhaust pipe (11) rotates by the pressure of the first exhaust gas, and the compression turbine (22) installed on the intake pipe (12) and coupled to the drive turbine (21) receives the driving force and compresses the exhaust gas.

메인엔진(10)의 로드가 100%일 경우, 구동터빈(21)에서 배출된 제1 배기가스의 온도는 약 225℃일 수 있으며, 압축터빈(22)에서 압축된 소기의 온도는 약 197℃일 수 있다. 압축터빈(22)에서 압축된 고온의 소기는 열교환기(40)에서 제3 급수관(74)을 유동하는 제3 피드워터와 열교환하여 1차로 냉각되고, 소기쿨러(120)에서 청수순환라인(130)을 유동하는 청수와 열교환하여 약 30~34℃로 냉각된 후 흡기관(12)을 통해 메인엔진(10)으로 공급될 수 있다. 이 때, 온도센서(140)는 메인엔진(10)으로 공급되는 소기의 온도를 측정하고, 유량조절밸브(150)는 온도센서(140)의 측정값에 대응하여 청수쿨러(131)에서 소기쿨러(120)로 공급되는 청수의 양을 조절할 수 있다. 제3 피드워터는 소기의 폐열을 전달받아 제2 고온수가 되는데, 이 때, 제2 압력조절밸브(62)는 열교환기(40) 내 제3 피드워터의 유속을 측정하는 제2 센서부(40a)의 측정값이 기준값 이상이 되도록 가압펌프(71)에서 가압되어 열교환기(40)로 공급되는 제3 피드워터의 압력을 조절할 수 있다. 제2 고온수는 7.7bar, 170℃의 상태로 전기생성유닛(50)의 가열기(51)로 공급된다.When the load of the main engine (10) is 100%, the temperature of the first exhaust gas discharged from the drive turbine (21) may be about 225°C, and the temperature of the compressed scavenging gas from the compression turbine (22) may be about 197°C. The high-temperature scavenging gas compressed from the compression turbine (22) is first cooled by heat exchange with the third feed water flowing through the third feed water pipe (74) in the heat exchanger (40), and then cooled to about 30 to 34°C by heat exchange with the fresh water flowing through the fresh water circulation line (130) in the scavenging air cooler (120), and then supplied to the main engine (10) through the intake pipe (12). At this time, the temperature sensor (140) measures the temperature of the scavenging air supplied to the main engine (10), and the flow rate control valve (150) can control the amount of fresh water supplied from the fresh water cooler (131) to the scavenging air cooler (120) in response to the measurement value of the temperature sensor (140). The third feed water receives waste heat from the scavenging air and becomes second high-temperature water, and at this time, the second pressure control valve (62) can control the pressure of the third feed water supplied to the heat exchanger (40) by being pressurized by the pressurizing pump (71) so that the measurement value of the second sensor unit (40a) measuring the flow rate of the third feed water in the heat exchanger (40) becomes higher than the reference value. The second high-temperature water is supplied to the heater (51) of the power generation unit (50) at 7.7 bar and 170°C.

구동터빈(21)에서 배출된 제1 배기가스는 제1 배기관(11)을 통해 제1 이코노마이저(30)로 공급되어 제1 폐열회수부(31)에서 제1 급수관(72)을 유동하는 제1 피드워터와 열교환하여 약 190℃로 냉각되며, 제2 폐열회수부(32)에서 제2 급수관(73)을 유동하는 제2 피드워터와 열교환하여 상온으로 냉각된 후 대기 중에 배출된다. 제1 피드워터는 제1 배기가스의 폐열을 전달받아 약 9bar, 200℃의 제1 스팀이 되며, 이 때, 제3 압력조절밸브(63)는 제1 폐열회수부(31) 내 제1 피드워터의 유속을 측정하는 제3 센서부(31a)의 측정값이 기준값 이상이 되도록 가압펌프(71)에서 가압되어 제1 폐열회수부(31)로 공급되는 제1 피드워터의 압력을 조절할 수 있다. 제1 스팀은 스팀소비처(C1)로 공급되는데, 스팀소비처(C1)는 보일러부(160)에서 생성된 제2 스팀을 먼저 공급받고 제2 스팀만으로 부족한 경우 제1 스팀을 공급받을 수 있다. 제2 피드워터는 제1 배기가스의 폐열을 전달받아 제1 고온수가 되며, 이 때, 제1 압력조절밸브(61)는 제2 폐열회수부(32) 내 제2 피드워터의 유속을 측정하는 제1 센서부(32a)의 측정값이 기준값 이상이 되도록 가압펌프(71)에서 가압되어 제2 폐열회수부(32)로 공급되는 제2 피드워터의 압력을 조절할 수 있다. 제1 고온수는 5.4bar, 155℃의 상태로 전기생성유닛(50)의 가열기(51)로 공급된다.The first exhaust gas discharged from the drive turbine (21) is supplied to the first economizer (30) through the first exhaust pipe (11), cooled to about 190°C through heat exchange with the first feed water flowing through the first feed water pipe (72) in the first waste heat recovery unit (31), and cooled to room temperature through heat exchange with the second feed water flowing through the second feed water pipe (73) in the second waste heat recovery unit (32), and then discharged into the atmosphere. The first feedwater receives waste heat from the first exhaust gas and becomes first steam of about 9 bar and 200°C, and at this time, the third pressure regulating valve (63) can control the pressure of the first feedwater, which is pressurized by the pressurizing pump (71) and supplied to the first waste heat recovery unit (31), so that the measured value of the third sensor unit (31a) measuring the flow rate of the first feedwater in the first waste heat recovery unit (31) becomes higher than the reference value. The first steam is supplied to the steam consumer (C1), and the steam consumer (C1) first receives the second steam generated in the boiler unit (160), and if the second steam alone is insufficient, it can receive the first steam. The second feed water receives waste heat from the first exhaust gas and becomes the first high-temperature water. At this time, the first pressure regulating valve (61) can control the pressure of the second feed water, which is pressurized by the pressurizing pump (71) and supplied to the second waste heat recovery unit (32), so that the measured value of the first sensor unit (32a) measuring the flow rate of the second feed water in the second waste heat recovery unit (32) becomes higher than the reference value. The first high-temperature water is supplied to the heater (51) of the power generation unit (50) at a state of 5.4 bar and 155°C.

발전기엔진(80)은 제2 연료를 연소하여 전력을 생산하고, 생산된 전력을 전력관리시스템(100)으로 공급한다. 제2 연료의 연소에 따라 생성된 제2 배기가스는 제2 배기관(81)으로 배출되어 제2 이코노마이저(90)로 공급되며, 제2 이코노마이저(90)에서 제4 급수관(75)을 유동하는 제4 피드워터와 열교환하여 상온으로 냉각된 후 대기 중에 방출된다. 제4 피드워터는 제2 배기가스의 폐열을 전달받아 제3 고온수가 되는데, 제2 이코노마이저(90)의 최소 튜브 유속이 제한되지 않는 경우, 제4 압력조절밸브(64)는 제2 배기가스의 폐열을 최대한 회수할 수 있는 압력으로 제4 피드워터의 압력을 조절할 수 있다. 제3 고온수는 8.5bar, 170℃의 상태로 전기생성유닛(50)의 가열기(51)로 공급된다.The generator engine (80) generates electricity by burning the second fuel and supplies the generated electricity to the power management system (100). The second exhaust gas generated by the combustion of the second fuel is discharged through the second exhaust pipe (81) and supplied to the second economizer (90), and is cooled to room temperature by heat exchange with the fourth feed water flowing through the fourth feed water pipe (75) in the second economizer (90) and then released into the atmosphere. The fourth feed water receives the waste heat of the second exhaust gas and becomes third high-temperature water. If the minimum tube flow rate of the second economizer (90) is not limited, the fourth pressure regulating valve (64) can regulate the pressure of the fourth feed water to a pressure that can recover the waste heat of the second exhaust gas to the maximum extent. The third high-temperature water is supplied to the heater (51) of the power generation unit (50) at 8.5 bar and 170°C.

제1 고온수, 제2 고온수, 제3 고온수는 혼합되어 약 5bar, 155℃의 상태로 가열기(51)로 공급되며, 가열기(51)는 제1 고온수, 제2 고온수, 제3 고온수가 혼합된 혼합수의 열을 전달받아 압축기(53)에서 가압된 냉매를 가열 및 증발시킨다. 팽창터빈(54)은 가열기(51)에서 가열 및 증발된 냉매를 팽창시켜 감압시키며, 팽창터빈(54)에서 감압된 냉매는 냉매순환라인(52)을 통해 냉각기(55)로 공급되어 냉각된 후 다시 압축기(53)로 순환될 수 있다. 팽창터빈(54)에 축결합된 발전기(56)는 팽창터빈(54)의 회전력에 의해 전기를 생산하며, 생산된 전기를 전력관리시스템(100)으로 공급한다. 전력관리시스템(100)은 전기생성유닛(50)에서 공급받은 전기와, 발전기엔진(80)에서 공급받은 전력을 선내 전력소비처(C2)로 공급하거나 배터리(110)에 저장할 수 있다.The first high temperature water, the second high temperature water, and the third high temperature water are mixed and supplied to the heater (51) at a state of about 5 bar and 155°C, and the heater (51) receives the heat of the mixed water in which the first high temperature water, the second high temperature water, and the third high temperature water are mixed, and heats and evaporates the refrigerant pressurized in the compressor (53). The expansion turbine (54) expands and decompresses the refrigerant heated and evaporated in the heater (51), and the refrigerant decompressed in the expansion turbine (54) is supplied to the cooler (55) through the refrigerant circulation line (52), cooled, and then circulated back to the compressor (53). The generator (56) coupled to the expansion turbine (54) produces electricity by the rotational power of the expansion turbine (54) and supplies the produced electricity to the power management system (100). The power management system (100) can supply electricity supplied from the power generation unit (50) and electricity supplied from the generator engine (80) to the onboard power consumption source (C2) or store it in the battery (110).

가열기(51)를 통과한 혼합수는 스팀소비처(C1)에서 배출된 응축수와 혼합되어 쿨러(72)에서 냉각된 후 피드워터탱크(70)에 저장되며, 피드워터탱크(70)에 저장된 물은 가압펌프(71)에서 약 9bar로 가압되어 제1 피드워터, 제2 피드워터, 제3 피드워터, 제4 피드워터, 제5 피드워터로 분기될 수 있다.The mixed water passing through the heater (51) is mixed with the condensate discharged from the steam consumer (C1), cooled in the cooler (72), and then stored in the feed water tank (70). The water stored in the feed water tank (70) can be pressurized to about 9 bar by the pressurizing pump (71) and branched into the first feed water, the second feed water, the third feed water, the fourth feed water, and the fifth feed water.

도 3을 참조하면, 메인엔진(10)은 연료공급관(13)을 통해 공급받은 제1 연료와, 흡기관(12)을 통해 공급받은 소기를 연소하여 동력을 발생시키고, 제1 연료의 연소에 따라 생성된 제1 배기가스를 제1 배기관(11)으로 배출한다. 제1 배기관(11) 상에 설치된 과급기(20)의 구동터빈(21)은 제1 배기가스의 압력으로 회전하며, 흡기관(12) 상에 설치되어 구동터빈(21)에 축결합된 압축터빈(22)은 구동력을 전달받아 소기를 압축한다.Referring to FIG. 3, the main engine (10) generates power by combusting the first fuel supplied through the fuel supply pipe (13) and the exhaust gas supplied through the intake pipe (12), and discharges the first exhaust gas generated by the combustion of the first fuel through the first exhaust pipe (11). The drive turbine (21) of the supercharger (20) installed on the first exhaust pipe (11) rotates by the pressure of the first exhaust gas, and the compression turbine (22) installed on the intake pipe (12) and axially coupled to the drive turbine (21) receives the driving force and compresses the exhaust gas.

메인엔진(10)의 로드가 70%일 경우, 구동터빈(21)에서 배출된 제1 배기가스의 온도는 약 205℃일 수 있으며, 압축터빈(22)에서 압축된 소기의 온도는 약 150℃일 수 있다. 압축터빈(22)에서 압축된 고온의 소기는 열교환기(40)에서 제3 급수관(74)을 유동하는 제3 피드워터와 열교환하여 1차로 냉각되고, 소기쿨러(120)에서 청수순환라인(130)을 유동하는 청수와 열교환하여 약 30~34℃로 냉각된 후 흡기관(12)을 통해 메인엔진(10)으로 공급될 수 있다. 이 때, 온도센서(140)는 메인엔진(10)으로 공급되는 소기의 온도를 측정하고, 유량조절밸브(150)는 온도센서(140)의 측정값에 대응하여 청수쿨러(131)에서 소기쿨러(120)로 공급되는 청수의 양을 조절할 수 있다. 제3 피드워터는 소기의 폐열을 전달받아 제2 고온수가 되는데, 메인엔진(10)의 로드가 70%인 경우, 열교환기(40)의 최소 튜브 유속이 제한되지 않으므로, 제2 압력조절밸브(62)는 소기의 폐열을 최대한 회수할 수 있는 압력으로 제3 피드가스의 압력을 조절할 수 있다. 제2 고온수는 5.6bar, 127℃의 상태로 전기생성유닛(50)의 가열기(51)로 공급된다.When the load of the main engine (10) is 70%, the temperature of the first exhaust gas discharged from the drive turbine (21) may be about 205°C, and the temperature of the compressed air from the compression turbine (22) may be about 150°C. The high-temperature compressed air from the compression turbine (22) is first cooled by heat exchange with the third feed water flowing through the third feed water pipe (74) in the heat exchanger (40), and then cooled to about 30 to 34°C by heat exchange with the fresh water flowing through the fresh water circulation line (130) in the scavenging air cooler (120), and then supplied to the main engine (10) through the intake pipe (12). At this time, the temperature sensor (140) measures the temperature of the scavenging gas supplied to the main engine (10), and the flow rate control valve (150) can control the amount of the scavenging gas supplied from the fresh water cooler (131) to the scavenging gas cooler (120) in response to the measured value of the temperature sensor (140). The third feed water receives the waste heat of the scavenging gas and becomes the second high-temperature water. When the load of the main engine (10) is 70%, the minimum tube flow rate of the heat exchanger (40) is not limited, so the second pressure control valve (62) can control the pressure of the third feed gas to a pressure that can recover the waste heat of the scavenging gas to the maximum. The second high-temperature water is supplied to the heater (51) of the power generation unit (50) at a state of 5.6 bar and 127°C.

구동터빈(21)에서 배출된 제1 배기가스는 제1 배기관(11)을 통해 제1 이코노마이저(30)로 공급되어 제1 폐열회수부(31)에서 제1 급수관(72)을 유동하는 제1 피드워터와 열교환하여 약 185℃로 냉각되며, 제2 폐열회수부(32)에서 제2 급수관(73)을 유동하는 제2 피드워터와 열교환하여 상온으로 냉각된 후 대기 중에 배출된다. 제1 피드워터는 제1 배기가스의 폐열을 전달받아 약 6bar, 180℃의 제1 스팀이 되며, 이 때, 제3 압력조절밸브(63)는 제3 센서부(31a)의 측정값이 기준값 이상이 되도록 가압펌프(71)에서 가압되어 제1 폐열회수부(31)로 공급되는 제1 피드워터의 압력을 조절할 수 있다. 제1 스팀은 스팀소비처(C1)로 공급되는데, 스팀소비처(C1)는 보일러부(160)에서 생성된 제2 스팀을 먼저 공급받고 제2 스팀만으로 부족한 경우 제1 스팀을 공급받을 수 있다. 제2 피드워터는 제1 배기가스의 폐열을 전달받아 제1 고온수가 되며, 이 때, 제1 압력조절밸브(61)는 제1 센서부(32a)의 측정값이 기준값 이상이 되도록 가압펌프(71)에서 가압되어 제2 폐열회수부(32)로 공급되는 제2 피드워터의 압력을 조절할 수 있다. 제1 고온수는 3.6bar, 140℃의 상태로 전기생성유닛(50)의 가열기(51)로 공급된다.The first exhaust gas discharged from the drive turbine (21) is supplied to the first economizer (30) through the first exhaust pipe (11), cooled to about 185°C through heat exchange with the first feed water flowing through the first feed water pipe (72) in the first waste heat recovery unit (31), and cooled to room temperature through heat exchange with the second feed water flowing through the second feed water pipe (73) in the second waste heat recovery unit (32), and then discharged into the atmosphere. The first feed water receives the waste heat of the first exhaust gas and becomes first steam of about 6 bar and 180°C, and at this time, the third pressure regulating valve (63) can control the pressure of the first feed water supplied to the first waste heat recovery unit (31) by pressurizing the pressurizing pump (71) so that the measured value of the third sensor unit (31a) becomes a reference value or higher. The first steam is supplied to the steam consumer (C1), and the steam consumer (C1) first receives the second steam generated in the boiler unit (160), and if the second steam alone is insufficient, the first steam can be supplied. The second feed water receives the waste heat of the first exhaust gas and becomes the first high-temperature water, and at this time, the first pressure regulating valve (61) can control the pressure of the second feed water, which is pressurized by the pressurizing pump (71) and supplied to the second waste heat recovery unit (32), so that the measured value of the first sensor unit (32a) is higher than the reference value. The first high-temperature water is supplied to the heater (51) of the power generation unit (50) at 3.6 bar and 140°C.

발전기엔진(80)은 제2 연료를 연소하여 전력을 생산하고, 생산된 전력을 전력관리시스템(100)으로 공급한다. 제2 연료의 연소에 따라 생성된 제2 배기가스는 제2 배기관(81)으로 배출되어 제2 이코노마이저(90)로 공급되며, 제2 이코노마이저(90)에서 제4 급수관(75)을 유동하는 제4 피드워터와 열교환하여 상온으로 냉각된 후 대기 중에 방출된다. 제4 피드워터는 제2 배기가스의 폐열을 전달받아 제3 고온수가 되는데, 제2 이코노마이저(90)의 최소 튜브 유속이 제한되지 않는 경우, 제4 압력조절밸브(64)는 제2 배기가스의 폐열을 최대한 회수할 수 있는 압력으로 제4 피드워터의 압력을 조절할 수 있다. 제3 고온수는 8.5bar, 170℃의 상태로 전기생성유닛(50)의 가열기(51)로 공급된다.The generator engine (80) generates electricity by burning the second fuel and supplies the generated electricity to the power management system (100). The second exhaust gas generated by the combustion of the second fuel is discharged through the second exhaust pipe (81) and supplied to the second economizer (90), and is cooled to room temperature by heat exchange with the fourth feed water flowing through the fourth feed water pipe (75) in the second economizer (90) and then released into the atmosphere. The fourth feed water receives the waste heat of the second exhaust gas and becomes third high-temperature water. If the minimum tube flow rate of the second economizer (90) is not limited, the fourth pressure regulating valve (64) can regulate the pressure of the fourth feed water to a pressure that can recover the waste heat of the second exhaust gas to the maximum extent. The third high-temperature water is supplied to the heater (51) of the power generation unit (50) at 8.5 bar and 170°C.

제1 고온수, 제2 고온수, 제3 고온수는 혼합되어 약 3.6bar, 140℃의 상태로 가열기(51)로 공급되며, 가열기(51)는 제1 고온수, 제2 고온수, 제3 고온수가 혼합된 혼합수의 열을 전달받아 압축기(53)에서 가압된 냉매를 가열 및 증발시킨다. 팽창터빈(54)은 가열기(51)에서 가열 및 증발된 냉매를 팽창시켜 감압시키며, 팽창터빈(54)에서 감압된 냉매는 냉매순환라인(52)을 통해 냉각기(55)로 공급되어 냉각된 후 다시 압축기(53)로 순환될 수 있다. 팽창터빈(54)에 축결합된 발전기(56)는 팽창터빈(54)의 회전력에 의해 전기를 생산하며, 생산된 전기를 전력관리시스템(100)으로 공급한다. 전력관리시스템(100)은 전기생성유닛(50)에서 공급받은 전기와, 발전기엔진(80)에서 공급받은 전력을 선내 전력소비처(C2)로 공급하거나 배터리(110)에 저장할 수 있다.The first high temperature water, the second high temperature water, and the third high temperature water are mixed and supplied to the heater (51) at a state of about 3.6 bar and 140°C, and the heater (51) receives the heat of the mixed water in which the first high temperature water, the second high temperature water, and the third high temperature water are mixed, and heats and evaporates the refrigerant pressurized in the compressor (53). The expansion turbine (54) expands and decompresses the refrigerant heated and evaporated in the heater (51), and the refrigerant decompressed in the expansion turbine (54) is supplied to the cooler (55) through the refrigerant circulation line (52), cooled, and then circulated back to the compressor (53). The generator (56) coupled to the expansion turbine (54) produces electricity by the rotational power of the expansion turbine (54) and supplies the produced electricity to the power management system (100). The power management system (100) can supply electricity supplied from the power generation unit (50) and electricity supplied from the generator engine (80) to the onboard power consumption source (C2) or store it in the battery (110).

가열기(51)를 통과한 혼합수는 스팀소비처(C1)에서 배출된 응축수와 혼합되어 쿨러(72)에서 냉각된 후 피드워터탱크(70)에 저장되며, 피드워터탱크(70)에 저장된 물은 가압펌프(71)에서 약 9bar로 가압되어 제1 피드워터, 제2 피드워터, 제3 피드워터, 제4 피드워터, 제5 피드워터로 분기될 수 있다.The mixed water passing through the heater (51) is mixed with the condensate discharged from the steam consumer (C1), cooled in the cooler (72), and then stored in the feed water tank (70). The water stored in the feed water tank (70) can be pressurized to about 9 bar by the pressurizing pump (71) and branched into the first feed water, the second feed water, the third feed water, the fourth feed water, and the fifth feed water.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the attached drawings, those skilled in the art will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical idea or essential features thereof. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive.

1: 폐열을 활용한 선박의 동력 발생 시스템
10: 메인엔진 11: 제1 배기관
12: 흡기관 20: 과급기
21: 구동터빈 22: 압축터빈
30: 제1 이코노마이저 31: 제1 폐열회수부
32: 제2 폐열회수부 40: 열교환기
50: 전기생성유닛 51: 가열기
60: 유속조절부 61: 제1 압력조절밸브
62: 제2 압력조절밸브 63: 제3 압력조절밸브
64: 제4 압력조절밸브 70: 피드워터탱크
71: 가압펌프 80: 발전기엔진
81: 제2 배기관 90: 제2 이코노마이저
100: 전력관리시스템 110: 배터리
120: 소기쿨러 130: 청수순환라인
140: 온도센서 150: 유량조절밸브
160: 보일러부
C1: 스팀소비처 C2: 전력소비처1: Ship power generation system utilizing waste heat
10: Main engine 11: 1st exhaust pipe
12: Intake pipe 20: Supercharger
21: Drive turbine 22: Compression turbine
30: 1st economizer 31: 1st waste heat recovery unit
32: Second waste heat recovery unit 40: Heat exchanger
50: Electricity generating unit 51: Heater
60: Flow control unit 61: First pressure control valve
62: 2nd pressure regulating valve 63: 3rd pressure regulating valve
64: 4th pressure regulating valve 70: Feed water tank
71: Pressure pump 80: Generator engine
81: Second exhaust pipe 90: Second economizer
100: Power management system 110: Battery
120: Small air cooler 130: Clear water circulation line
140: Temperature sensor 150: Flow control valve
160: Boiler section
C1: Steam consumer C2: Power consumer

Claims (8)

제1 연료와 소기(scavenge air)를 연소하여 동력을 발생시키는 메인엔진;
상기 메인엔진에서 생성된 제1 배기가스를 배출하는 제1 배기관 상에 설치되어 상기 제1 배기가스의 압력으로 회전하는 구동터빈과, 상기 메인엔진의 흡기관에 설치되며 상기 구동터빈과 축결합되어 구동력을 전달받아 상기 흡기관을 유동하는 상기 소기를 압축하여 상기 메인엔진으로 공급하는 압축터빈을 포함하는 과급기;
상기 구동터빈 후단의 상기 제1 배기관 상에 설치되며 상기 제1 배기가스와 제1 피드워터를 열교환하여 스팀소비처로 공급할 제1 스팀을 생성하는 제1 폐열회수부와, 상기 제1 폐열회수부 후단에서 상기 제1 배기가스와 제2 피드워터를 열교환하여 제1 고온수를 생성하는 제2 폐열회수부를 포함하는 제1 이코노마이저;
상기 압축터빈 후단의 상기 흡기관 상에 설치되어 상기 압축터빈에서 압축된 상기 소기와 제3 피드워터를 열교환하여 제2 고온수를 생성하는 열교환기;
상기 제1 고온수와 상기 제2 고온수 중 적어도 하나를 냉매와 열교환하는 가열기를 포함하여 전기를 생성하는 전기생성유닛, 및
상기 가열기로 공급되는 상기 제1 고온수와 상기 제2 고온수 중 적어도 하나의 유속을 기준 유속 이상으로 조정하는 유속조절부를 포함하는 폐열을 활용한 선박의 동력 발생 시스템.A main engine that generates power by burning primary fuel and scavenge air;
A turbocharger including a driving turbine installed on a first exhaust pipe that discharges a first exhaust gas generated from the main engine and rotates by the pressure of the first exhaust gas, and a compression turbine installed on an intake pipe of the main engine and axially coupled with the driving turbine to receive driving force and compress the air flowing through the intake pipe and supply it to the main engine;
A first economizer including a first waste heat recovery unit installed on the first exhaust pipe at the rear end of the driving turbine and configured to heat-exchange the first exhaust gas and the first feed water to generate first steam to be supplied to a steam consumer, and a second waste heat recovery unit configured to heat-exchange the first exhaust gas and the second feed water at the rear end of the first waste heat recovery unit to generate first high-temperature water;
A heat exchanger installed on the intake pipe at the rear end of the compression turbine to heat-exchange the compressed air from the compression turbine and third feed water to generate second high-temperature water;
An electricity generating unit that generates electricity, including a heater that heat-exchanges at least one of the first high temperature water and the second high temperature water with a refrigerant, and
A power generation system for a ship utilizing waste heat, comprising a flow rate control unit for controlling the flow rate of at least one of the first high temperature water and the second high temperature water supplied to the heater to a reference flow rate or higher. 제1 항에 있어서, 상기 유속조절부는,
상기 제2 폐열회수부 내 상기 제2 피드워터의 유속을 측정하는 제1 센서부의 측정값이 기준값 이상이 되도록 상기 제2 폐열회수부로 공급되는 상기 제2 피드워터의 압력을 조절하는 제1 압력조절밸브와,
상기 열교환기 내 상기 제3 피드워터의 유속을 측정하는 제2 센서부의 측정값이 기준값 이상이 되도록 상기 열교환기로 공급되는 상기 제3 피드워터의 압력을 조절하는 제2 압력조절밸브를 포함하는 폐열을 활용한 선박의 동력 발생 시스템.In the first paragraph, the flow control unit,
A first pressure regulating valve that regulates the pressure of the second feed water supplied to the second waste heat recovery unit so that the measured value of the first sensor unit measuring the flow rate of the second feed water in the second waste heat recovery unit is equal to or higher than a reference value;
A power generation system for a ship utilizing waste heat, comprising a second pressure regulating valve that regulates the pressure of the third feed water supplied to the heat exchanger so that a measurement value of a second sensor unit measuring the flow rate of the third feed water within the heat exchanger is equal to or greater than a reference value. 제2 항에 있어서,
상기 제1 폐열회수부 내 상기 제1 피드워터의 유속을 측정하는 제3 센서부의 측정값이 기준값 이상이 되도록 상기 제1 폐열회수부로 공급되는 상기 제1 피드워터의 압력을 조절하는 제3 압력조절밸브를 더 포함하는 폐열을 활용한 선박의 동력 발생 시스템.In the second paragraph,
A power generation system for a ship utilizing waste heat, further comprising a third pressure regulating valve that regulates the pressure of the first feed water supplied to the first waste heat recovery unit so that a measurement value of a third sensor unit measuring the flow rate of the first feed water in the first waste heat recovery unit is equal to or higher than a reference value. 제1 항에 있어서, 상기 전기생성유닛은,
폐루프 독립 사이클을 구성하여 상기 냉매가 순환하며, 상기 가열기가 설치되는 냉매순환라인;
상기 가열기 전단의 상기 냉매순환라인 상에 설치되어 상기 가열기로 공급되는 상기 냉매를 가압하는 압축기;
상기 가열기 후단의 상기 냉매순환라인 상에 설치되어 상기 가열기에서 가열된 상기 냉매를 팽창하는 팽창터빈;
상기 팽창터빈 후단의 상기 냉매순환라인 상에 설치되어 상기 팽창터빈에서 팽창된 상기 냉매를 냉각하는 냉각기, 및
상기 팽창터빈에 연결되어 상기 팽창터빈의 회전력에 의해 전기를 생산하는 발전기를 포함하는 폐열을 활용한 선박의 동력 발생 시스템.In the first paragraph, the power generation unit,
A refrigerant circulation line in which the refrigerant circulates by forming a closed loop independent cycle and in which the heater is installed;
A compressor installed on the refrigerant circulation line in front of the above heater to pressurize the refrigerant supplied to the heater;
An expansion turbine installed on the refrigerant circulation line at the rear end of the heater to expand the refrigerant heated by the heater;
A cooler installed on the refrigerant circulation line at the rear end of the expansion turbine to cool the refrigerant expanded in the expansion turbine, and
A power generation system for a ship utilizing waste heat, including a generator connected to the expansion turbine and producing electricity by the rotational power of the expansion turbine. 제1 항에 있어서,
상기 가열기를 통과한 상기 제1 고온수와 상기 제2 고온수 중 적어도 하나와, 상기 스팀소비처에서 응축된 응축수를 냉각하여 저장하는 피드워터탱크;
상기 피드워터탱크에 저장된 물을 고압으로 가압하는 가압펌프를 더 포함하되,
상기 가압펌프 후단에서 상기 제1 피드워터, 상기 제2 피드워터, 상기 제3 피드워터, 제4 피드워터로 분기되는 폐열을 활용한 선박의 동력 발생 시스템.In the first paragraph,
A feed water tank that cools and stores at least one of the first high temperature water and the second high temperature water that has passed through the heater and the condensed water condensed at the steam consumer;
Further comprising a pressurizing pump for pressurizing the water stored in the above feed water tank,
A power generation system for a ship utilizing waste heat branched into the first feed water, the second feed water, the third feed water, and the fourth feed water at the rear end of the above pressurized pump. 제5 항에 있어서,
제2 연료를 연소하여 전력을 생산하는 발전기엔진;
상기 발전기엔진에서 생성된 제2 배기가스를 배출하는 제2 배기관 상에 설치되며, 상기 제2 배기가스와 상기 제4 피드워터를 열교환하여 제3 고온수를 생성하는 제2 이코노마이저를 더 포함하되,
상기 가열기는 상기 제1 고온수, 상기 제2 고온수, 상기 제3 고온수를 공급받아 상기 냉매를 가열하는 폐열을 활용한 선박의 동력 발생 시스템.In clause 5,
A generator engine that produces electricity by burning secondary fuel;
It further includes a second economizer installed on a second exhaust pipe that discharges the second exhaust gas generated from the above generator engine, and heat-exchanging the second exhaust gas and the fourth feed water to generate third high-temperature water.
The above heater is a power generation system of a ship that utilizes waste heat to heat the refrigerant by receiving the first high temperature water, the second high temperature water, and the third high temperature water. 제1 항에 있어서,
상기 열교환기 후단의 상기 흡기관 상에 설치되며 상기 소기를 청수와 열교환하여 상기 메인엔진에서 요구하는 온도로 냉각하는 소기쿨러;
내부에 상기 청수가 순환하며 상기 소기쿨러와 청수쿨러를 경유하는 청수순환라인을 더 포함하는 폐열을 활용한 선박의 동력 발생 시스템.In the first paragraph,
A scavenging air cooler installed on the intake pipe at the rear end of the heat exchanger and cooling the scavenging air to a temperature required by the main engine by exchanging heat with fresh water;
A power generation system for a ship utilizing waste heat, which further includes a fresh water circulation line passing through the scavenging cooler and the fresh water cooler, and in which the fresh water circulates inside. 제7 항에 있어서,
상기 소기쿨러 후단의 상기 흡기관 상에 설치되어 상기 소기의 온도를 측정하는 온도센서, 및
상기 온도센서의 측정값에 대응하여 상기 소기쿨러로 공급되는 상기 청수의 양을 조절하는 유량조절밸브를 더 포함하는 폐열을 활용한 선박의 동력 발생 시스템.In Article 7,
A temperature sensor installed on the intake pipe at the rear end of the above-mentioned scavenging cooler to measure the temperature of the above-mentioned scavenging air, and
A power generation system for a ship utilizing waste heat, further comprising a flow rate control valve that controls the amount of fresh water supplied to the scavenging cooler in response to the measured value of the temperature sensor.
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KR20200001353U (en) 2018-12-12 2020-06-23 알파 라발 코포레이트 에이비 System and method for generating power onboard a ship

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