KR101365777B1 - 해양선박 동력발생 시스템 - Google Patents

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Abstract

내연기관(2) 및 제너레이터(3)와 같은 종래의 기계적 설비와, 추진 시스템 및 스위치 보드(6)를 포함하여 구성되는 해양선박. 환경친화적인 동력발생 시스템을 제공하기 위하여, 해양선박이 입항, 출항 또는 정박할 때에 상기 시스템에는 전기에너지를 생성하기 위하여 바닷물로부터 H2 를 생성하기 위한 H2 운용 동력발생 설비(8)가 마련된다.

Description

해양선박 동력발생 시스템 {MARINE VESSEL POWER GENERATION SYSTEM}
본 발명은 청구항 1의 서문에 따른 내연기관 및 제너레이터, 추진 시스템 및 스위치 보드와 같은 통상의 기계장치를 포함하여 구성되는 해양선박 동력발생 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한 청구항 6의 서문에 따른 해양선박상의 동력발생 방법에 관한 것이다.
해양선박들은 통상 호텔 소비자의 사용을 위한 것뿐 아니라 부가적인 추진목적으로 보조적인 에너지의 생성을 위한 수단을 구비한다. 종래의 보조에너지로서는 예를 들면 작은 디젤엔진, 즉, 동력발생 시스템의 스위치 보드에 접속된 보조적인 제너레이터 세트의 수단에 의하여 생성된다. 그러한 엔진들은 통상 그다지 높은 효율을 가지는 것은 아니며 상당한 배기가스를 발생한다.
본 발명의 목적은 공지의 기술에 있어서의 결점을 회피하고 환경친화적인 해양선박 동력발생 시스템을 제공함에 있다. 이러한 목적은 청구항 1에 따른 해양선박 동력발생 시스템 및 청구항 6에 따른 해양선박상의 동력발생 방법에 의하여 달성될 수 있다.
본 발명의 기본 개념은, 한편으로는 해양에서의 동력발생에 적절하며, 다른 한편으로는 항구에서 또는 항구에 인접한 상태에서의 동력발생용으로 적절한 2모드 동력발생 시스템을 제공한다는 것이다. 이러한 목적으로, 동력발생 시스템은 전기에너지를 생성하기 위하여 바닷물로부터 H2 를 발생하기 위하여 H2 운용 동력발생 설비를 더욱 포함하여 구성된다.
H2 운용 동력 발생설비는 바람직하게는 H2 전해장치, H2 저장장치 및 H2 운용 동력발생장치를 포함한다.
해상에서(제 1 모드), 추진에 부가하여, 통상의 해양선박의 기계적인 설비는, 예를 들면 호텔 소비자용과, 미래에 사용하기 위하여 H2 저장장치로 공급되는 H2 를 생성하기 위한 H2 전해장치용의 전기에너지를 제공하는데 사용된다. 해상에서의 동력발생은, 따라서 중유와 같은 저렴한 가격의 연료에 의하여 수행된다.
항구, 또는 항구에 인접해서는, 호텔 소비자용의 전기에너지 및 추진용의 모든 동력발생은 H2 운용 동력발생 설비에 의하여 수행되며, 그에 의하여 H2 저장장치내에 저장된 H2 는 필요한 전기에너지를 생성하기 위하여 H2 운용 동력발생 장치로 공급된다. 따라서, 해상에서보다 환경파괴가 많이 일어나는 항구에 배기가스 배출이 없게된다. 항구에서 사용되었던 에너지는 따라서 해상에서 낮은 비용의 연료로 생성된다.
H2 운용 동력발생장치는 스위치보드에 의하여 전기식 추진장치용 또는 추진 시스템의 기계식 및 전기식복합 추진유니트용과, 예를 들면 호텔 소비자용의 전기에너지를 제공한다. 따라서, H2 운용 동력발생 장치는 종래의 기계적인 구성과는 별개로 또한 독립적으로 환경적으로 민감한 해상에서 어떠한 배기의 발생을 회피하기 위하여 항구 또는 항구에 인접한 곳에서 필요할 때에 해양선박상에서 전기에너지 소비를 제공한다. 또한 그러한 H2 운용 동력발생 장치는, 일반적으로 종래에 보조 에너지 생성용으로 사용된 소형 디젤엔진보다 효율이 좋다. 이는, 항구에서 저황의 단가가 높은 연료를 사용할 필요가 없다는 것을 의미한다. 낮은 배기가스의 발생은 관련된 비용의 감소에 의하여 경제적인 이익을 가진다.
해양선박 동력 발생시스템의 장점은 청구항 2 내지 5에 기재되어 있으며, 해양선박상의 동력발생 방법의 장점은 청구항 7 내지 10에 기재되어 있다.
이하에 있어서, 본 발명은 모식적으로 첨부되고, 예시적으로만 사용된 도면을 참조하여 상세하게 기술된다.
도 1은 제 1 모드에서의 본 발명에 따른 동력발생 시스템의 실시예를 나타낸다.
도 2는 제 2 모드에서의 도 1 의 실시예를 나타낸다.
도 3은 제 1 모드에서의 본 발명에 따른 동력발생 시스템의 다른 실시예를 나타낸다.
도 4는 제 2 모드에서의 도 3의 실시예를 나타낸다.
도 1 및 도 2 에서 해양선박 동력발생 시스템은 통상 참조부호 1로 나타낸다. 동력발생 시스템은 내연기관(2) 및 제너레이터(3)와 같은 통상의 기계적 구성을 포함하여 구성되며, 본 실시예에서 샤프트 제너레이터(3)는 내연기관(2)의 자유끝단에 접속된다. 또한, 본 구성은 내연기관(2)로 연료를 공급하기 위한 중유 (HFO) 저장장치(4)를 포함한다. 내연기관(2)은 추진 시스템을 구동하며, 본 실시예에서 기계식 추진 유니트(5)는 주 샤프트(51) 및 내연기관(2)에 직접 접속된 프로펠러(52)를 포함한다. 내연기관(2)은 또한 스위치보드(6)로 전기에너지를 보내는 제너레이터(3)를 구동한다.
스위치보드(6)는 예를 들면 호텔소비자(9)의 용도를 위한 전기에너지를 보내기 위한 보조 스위치보드(61)에 접속된 것으로 도시된다. 그와 같은 호텔소비자용의 전기에너지는 스위치보드(6)로부터 직접적으로 제공될 수 있다. 추진 시스템은 또한 전기식 추진설비(7)도 포함한다. 전기식 추진 설비(7)는 2개의 개별적인 전기 추진유니트(71)를 포함할 수 있으며, 이는 스러스터(thruster), 스턴 스러스터 (stern thruster) 또는 전기 포드(electric pod)일수 있다. 전기식 추진설비(7)는 스위치보드(6)로부터 전기에너지를 받아들이기 위하여 스위치보드(6)에 접속된다.
이와 같은 구성은 다소 통상적이다. 대개는, 내연기관을 포함하는 한개 이상의 보조 제너레이터 세트(도시않됨)가 그에 부가적인 전기에너지를 제공하도록 스위치보드에 접속된다.
그러나, 본 발명에 있어서는, 동력발생 시스템은 바닷물로부터 H2 를 생산하 기 위한 H2 전해장치(81)와, 특정기체 저장탱크를 포함하여 구성되는 H2 저장장치 (82)와, 본 실시예에서는 2개의 H2 운용 동력발생장치를 포함하는 H2 운용 동력발생 설비를 더욱 포함하여 구성된다. 2중장치는, 예를 들면 여분의 관점에서 장점을 가진다.
H2 운용 동력발생 장치는 예를 들면 가스구동엔진 또는 가스터어빈과 같은 내연기관, 또는 연료전지일 수 있다.
H2 전해장치(81)는 제너레이터(3)에 의하여 발생되고 스위치보드(6)로부터 보내지는 전기에너지에 의하여 동력을 얻는다. H2 전해장치는 해양선박이 해상에 있을 때 바닷물로부터 H2 를 생산하고 이하에서 기술하는 바와 같이 나중에 쓸 용도로 H2 를 H2 저장장치(82)로 공급한다.
해양선박이 입항, 출항 또는 정박할 때, 저장된 H2 는 스위치보드(6), 그리고 나중에는 전기식 추진설비(7)로 전기에너지를 공급하기 위하여 H2 운용 동력발생장치(83)로 공급되고, 본 실시예에서는, 예를 들면 호텔 소비자(9)용으로 보조 스위치보드(61)로 공급된다. 호텔소비자용 전기에너지는 스위치보드(6)로부터도 마찬가지로 직접 공급될 수 있다.
본 발명의 기본 개념을 이하에서 간단하게 기술한다.
도 1은 해양선박이 해상에 있을 때, 동력발생 시스템(1)의 동작의 제 1 모드 를 나타낸다.
본 제 1 모드에 있어서, 해상에서, 해양선박은 통상의 기계적인 설비에 의하여 운전되며, 그에 의하여 내연기관(2)은 기계식 추진 유니트(5)를 구동한다. 내연기관(2)은 HFO 저장부(4)로부터 중유를 급유받는다. 부가적으로 내연기관(2)은 전기에너지를 발생하기 위하여 제너레이터(3)를 구동하는데, 이 전기 에너지는 스위치 보드(6)로 보내져서, 한편으로는 상술한 바와 같은 보조적인 목적으로 해양선박에서 사용되기도 하고, 한편으로는 바닷물의 전기분해에 의하여 H2 를 생성하는 H2 전해장치(81)에 동력을 공급하기도 한다. 그와 같이 생성된 H2 는 이후의 사용을 위하여 H2 저장장치에 저장된다.
이는, HFO의 연소로부터의 부가적인 배기가스, 즉 산화황과 같은 가스가 보다 민감한 영역에서 멀리 떨어져, 즉 해안선으로부터 멀리 떨어진 해상에서 발생하기 때문에 국부적인 영향밖에는 미치지 않는다는 것을 의미한다.
화살표는 제 1 모드에서의 에너지의 흐름을 나타낸다.
도 2는 해양선박이 입항, 출항 또는 정박할 때의 동력발생 시스템(1)의 동작의 제 2 모드를 나타낸다.
이 제 2 모드에 있어서, 해양선박이 항해를 떠나거나 또는 입항할 때, 통상의 기계적인 설비는 정지될 수 있다. 해양선박은 그리고 항구에서는 운휴상태에 있게 되는데, 그에 의하여 추진력이 전기식 추진설비(7)에 의하여 제공된다. 이러한 목적으로, H2 저장장치(82)로부터의 H2 는 H2 운용 동력발생 장치(83)로 공급되 고, 동력발생장치는 전기에너지를 발생해서 이것을 스위치보드(6)를 경유하여 전기식 추진설비(7)로 보낸다. H2 운용 동력발생장치(83)는 또한 예를 들면 스위치보드 (6), 또는 본 실시예에서 표시된 바와 같이 보조 스위치보드(61)를 통하여 호텔 소비자(9)에 의하여 필요로 하는 기타의 다른 보조에너지를 제공하기 위하여 사용될 수 있다.
이는, 해상에서 보다 환경적인 영향이 큰 항구에서의 배기가스의 발생이 없다는 것을 의미한다. 항구에서의 해양선박 동력발생용 에너지는 따라서 해상에서 생성된다.
화살표는 제 2 모드에서의 에너지의 흐름을 표시한다.
도 3은 해양선박이 해상에 있을 때의 제 1 운전모드에 있는 본 발명에 따른 동력발생 시스템의 다른 실시예를 나타낸다. 본 실시예는 도 1 에서의 실시예에 대응하는 것으로서, 다른 점은 기계식 추진 유니트의 대신에 복합 기계식 및 전기식 추진 유니트가 사용되는 것이다. 이 복합 기계식 및 전기식 추진 유니트(50)는 내연기관(2)과 프로펠러(52) 사이의 주 샤프트(51)상의 제너레이터(3)를 가진다.
해상에서의 이 제 1 모드에 있어서, 해양선박은 통상의 기계적인 설비에 의하여 운전되고, 그에 의하여 내연기관(2)은 복합 기계식 및 전기식 추진유니트(50)를 구동한다. 내연기관(2)은 HFO 저장부(4)로부터의 중유 HFO에 의하여 연료를 받는다. 부가적으로 내연기관(2)은 전기 에너지를 생성하기 위하여 제너레이터(3)를 구동하고, 이 에너지는 스위치보드(6)로 보내져서, 한편으로는 상술한 바와 같은 보조적인 목적용으로 해양선박상에서 사용되고, 한편으로는 바닷물의 전기분해에 의하여 H2 를 생성하는 H2 전해장치(81)의 동력용으로 사용된다. 그와 같이 생성된 H2는 후속의 사용을 위하여 H 저장장치내에 저장된다.
이는, 해안선으로부터 멀리 떨어진 바다에서 HFO의 연소로부터의 부가적인 배기가스가 발생함을 의미하며, 그에 의하면 예를 들어 산화황이 보다 민감한 영역으로부터 멀리 떨어져서 국부적인 영향만을 나타낼 뿐이다.
화살표는 제 1 모드에서의 에너지의 흐름을 나타낸다.
도 4는 해양선박이 입항, 출항 또는 정박할 때의 운전 제 2 모드에 있는 도 3의 실시에를 나타낸다. 본 명세서에 있어서, H2 운용 동력발생장치(83)에 의하여 만들어진 전기에너지는 제너레이터(3)로 공급되고, 이는 복합 기계식 및 전기식 추진유니트(50)를 구동한다. 이러한 설비는 또한 배기가스의 발생이 없는 동력발생을 제공한다.
본 제 2 모드에 있어서, 해양선박이 항해를 떠나거나 또는 입항할 때, 통상의 기계적인 설비는 정지될 수 있다. 해양선박은 그리고 항구에서는 운휴상태에 있게 되는데, 그에 의하여 추진력이 복합 기계식 및 전기식 추진설비(50)에 의하여 제공된다. 물론 해양선박에는 전기식 추진설비(7)가 마련될 수 있으며(도 4에 나타낸 바와 같음), 그에 의하여 추진력은 전기식 추진설비(7)에 의하여 제공될 수도 있다. 이러한 목적으로, H2 저장장치(82)로부터의 H2는 H2운용 동력발생 장치(83)로 공급되고, 동력발생장치는 전기에너지를 발생해서 이것을 스위치보드(6)를 경유 하여 복합 기계식 및 전기식 추진유니트(50) 및/또는 전기식 추진설비(7)로 보낸다. H2 운용 동력발생장치(83)는 또한 예를 들면 스위치보드(6), 또는 본 실시예에서 표시된 바와 같이 보조 스위치보드(61)를 통하여 호텔 소비자(9)에 의하여 필요로 하는 기타의 다른 보조에너지를 제공하기 위하여 사용될 수 있다.
이는, 해상에서 보다 환경적인 영향이 큰 항구에서의 배기가스의 발생이 없다는 것을 의미한다. 항구에서의 해양선박 동력발생용 에너지는 따라서 해상에서 생성된다.
화살표는 제 2 모드에서의 에너지의 흐름을 표시한다.
본 발명은 따라서 동력발생의 2개의 별개의 모드로서, 해상에서의 제1 모드 및 항구에서의 사용을 위한 제 2 모드를 제공한다.
비록 도 1 내지 4에는 도시하지 않았고, 상술되지도 않았으나, 해양성박은 부가적으로 H2 운용 동력발생 설비와 함께 병행하여 채택된 보조적인 제너레이터 세트가 마련될 수 있다.
본 명세서에서의 도면 및 기재내용은 본 발명의 기본개념을 명확히하기 위한 것만을 의도한 것이다. 본 발명은 상세 내용에서 변형이 가능한데, 예를 들어 추진 유니트, 제너레이터, H2 저장장치등과 같은 상이한 구성부품의 수효 및 방식등이 첨부된 청구범위내에서 필요에 따라 가변적일 수 있다.

Claims (10)

  1. 내연기관(2), 제너레이터(3), H2 전해장치(81), H2 저장장치(82) 및 H2 운용 동력발생장치(83)를 포함하는 H2 운용 동력발생 설비(8)와, 추진 시스템을 포함하여 구성되며, 내연기관(2)은 추진시스템 및 제너레이터(3)를 구동하고, 전기에너지가 바닷물로부터 H2 를 생성하기 위하여 H2 전해장치(81)에 동력을 부여하며, H2 전해장치(81)는 H2 저장장치(82)에 H2 를 공급하고, H2 저장장치는 전기 에너지를 발생하도록 H2 운용 동력발생장치(83)로 H2 를 제공하는 해양선박상의 동력발생 방법에 있어서,
    동력의 발생은 2가지 모드로 수행되는 것으로: 해양선박이 해상에 있을 때의 제 1 모드에서, 내연기관(2)은 추진 시스템 및 제너레이터(3)를 구동하며, 제너레이터(3)는 스위치보드(6)를 통하여 H2 전해장치(81)에 전기에너지를 공급하고, 선박이 입항, 출항 또는 정박해 있을 때의 제 2 모드에서, H2 운용 동력발생장치(83)는 추진 시스템 또는 스위치보드(6)를 통하여 호텔 소비자(9)에게 전기에너지를 공급하고,
    상기 제 1 모드에서 상기 내연기관(2)이 제너레이터(3)를 구동하여 발생한 전기에너지의 일부는 스위치 보드(6)를 거쳐 H2 전해장치(81)에 동력을 공급하는 것을 특징으로 하는 해양선박상의 동력발생 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 기계식 추진 유니트(5), 기계전기식 복합 추진 유니트(50) 또는 전기식 추진설비(7)가 추진시스템으로서 마련되는 것을 특징으로 하는 해양선박상의 동력발생 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, H2 운용 동력발생장치(83)로서 내연기관 또는 연료전지가 마련되는 것을 특징으로 하는 해양선박상의 동력발생 방법.
  4. 내연기관(2), 제너레이터(3), H2 전해장치(81), H2 저장장치(82) 및 H2 운용 동력발생장치(83)를 포함하는 H2 운용 동력발생 설비(8) 및, 추진 시스템을 포함하여 구성되는 해양선박 동력발생 시스템에 있어서,
    동력의 발생은 2가지 모드로 수행되는 것으로: 해양선박이 해상에 있을 때의 제 1 모드에서, 내연기관(2)은 추진 시스템 및 제너레이터(3)를 구동하며, 제너레이터(3)는 스위치보드(6)를 통하여 H2 전해장치(81)에 전기에너지를 공급하도록 배치되고, 선박이 입항, 출항 또는 정박해 있을 때의 제 2 모드에서, H2 운용 동력발생장치(83)는 추진 시스템 또는 스위치보드(6)를 통하여 호텔 소비자(9)에게 전기에너지를 공급하도록 배치되고,
    상기 제 1 모드에서 상기 내연기관(2)이 제너레이터(3)를 구동하여 발생한 전기에너지의 일부는 스위치 보드(6)를 거쳐 H2 전해장치(81)에 동력을 공급하는 것을 특징으로 하는 해양선박 동력발생 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 추진 시스템은 기계식 추진 유니트(5)와, 기계전기식 복합 추진유니트(50) 또는 전기식 추진 설비(7)를 포함하는 것을 특징으로 하는 해양선박 동력발생 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서, H2 운용 동력발생장치(83)는 내연기관 또는 연료전지인 것을 특징으로 하는 해양선박 동력발생 시스템.
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