KR101405021B1 - 자동개폐기능을 갖는 파이프라인을 이용한 선박 풍력발전 시스템 관리방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 개폐기능을 갖는 파이프라인을 이용한 선박 풍력발전 시스템 관리방법에 관한 것으로, 일정한 규격을 갖고 선박의 선수에서 선미까지 좌우로 설치되는 제1/제2 파이프라인(First/second Pipeline, 100a,100b)과; 상기 제1/제2 파이프라인(100a,100b) 외부에는 해상풍을 집중시켜 파이프라인 내부에 장착된 다수개의 임펠러에 공급되는 바람을 단속하기 위한 솔레노이드 밸브(230)에 의해 동작하는 공기유입구(210)와 공기유출구(220)를 갖는 다수개의 자동개폐장치(200)와, 상기 제1/제2 파이프라인(100a,100b)의 공기유통로(120)와 상기 다수개의 자동개폐장치(200)를 통해 유입 유출되는 해상풍으로부터 회전토크를 얻기 위한 다수개의 임펠러(Impeller, 300)와, 상기 다수개의 임펠러 회전속도를 증속시키는 증속장치(Gear Box, 400)와, 상기 증속장치(400)와 동기되어 상기 다수개의 임펠러(300)의 기계적인 회전에너지를 전기에너지로 전환하는 다수개의 발전기(500) 및 상기 발전기(500)에서 발전된 전력을 AC전력으로 변환시키는 인버터(620)를 구비하는 다수개의 전력변환제어장치(600)를 포함하며, 상기 다수개의 자동개폐장치(200)를 구동시키는 솔레노이드 밸브(230)로 공급되는 전압값을 검출하는 전압검출센서(240)로부터 상기 솔레노이드 밸브의 고장유무를 점검하는 제1 단계(S1)와; 상기 제1 단계 후, 다수개의 임펠러(300)와 연결된 샤프트(410)에 부착된 회전속도감지센서(350)로부터 상기 다수개의 임펠러에 대한 정격, 최대허용회전수를 검출하여 자동회전제어스위칭 기능을 갖는 토크 리미트(Torque Limit, 330)로 하여금 상기 다수개의 임펠러의 회전속도를 단속하는 제2 단계(S2)와; 상기 제2 단계 후, 상기 다수개의 임펠러(300)와 발전기를 연결하는 샤프트(410)에 동편조(Copper Braid)로 제작된 2중 브러쉬 센서(510)로부터 상기 발전기(500)에서 누전되는 발전기의 축전압/축전류를 검출하는 제3 단계(S3)와; 상기 전압검출센서(240)와 회전속도감지센서(350) 및 2중 브러쉬 센서(510)에서 검출된 데이터를 전송 받는 PC기반 데이터수집장치(700) 및 감시 모니터(710)를 통해 고장 원인을 분석하는 제4 단계(S4)와; 상기 제4 단계에서 분석된 데이터를 선박 내부의 현장 기술자의 PC 단말기(720) 및 스마트 폰(730)으로 피드백(Feedback)시키는 제5 단계(S5)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
따라서 본 발명은 선박용 풍력발전기에 대한 풍력발전 효율성을 극대화할 수 있고 안정적인 전력을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 전압검출센서와 회전속도감지센서 및 2중 브러쉬 센서에서 검출된 데이터를 전송 받는 PC기반 데이터수집장치와 감시 모니터를 통해 고장 원인을 정확하게 분석할 수 있고, PC기반 데이터수집장치와 감시 모니터를 통해 분석된 고장 원인을 선박 내부의 현장 기술자에게 피드백시킴으로써, 고장수리가 신속 정확하게 이루어지는 효과가 있다.
따라서 본 발명은 선박용 풍력발전기에 대한 풍력발전 효율성을 극대화할 수 있고 안정적인 전력을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 전압검출센서와 회전속도감지센서 및 2중 브러쉬 센서에서 검출된 데이터를 전송 받는 PC기반 데이터수집장치와 감시 모니터를 통해 고장 원인을 정확하게 분석할 수 있고, PC기반 데이터수집장치와 감시 모니터를 통해 분석된 고장 원인을 선박 내부의 현장 기술자에게 피드백시킴으로써, 고장수리가 신속 정확하게 이루어지는 효과가 있다.
Description
본 발명은 선박용 풍력발전 시스템 관리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 감지센서와 PC기반 데이터수집장치 및 감시 모니터를 통해 고장 원인을 분석하여 현장 기술자에게 피드백(Feedback)시킴으로써, 풍력발전의 효율성 극대화 및 안전적인 전력을 확보할 수 있도록 하도록 한 자동개폐기능을 갖는 파이프라인을 이용한 선박 풍력발전 시스템 관리방법에 관한 것이다.
최근 선박용 풍력발전사업화가 날로 발전하고 있다. 운항하는 선박용 풍력발전은 자연바람을 이용하는 고정식 풍력발전에 비해 일 격차나 계절 격차에 관계없이 풍속이 일정하고 안정된 바람을 얻을 수 있다.
풍력발전이란 공기의 유동이 가진 운동 에너지의 공기역학적(Aerodynamic) 특성을 이용하여 회전자(Rotor)를 회전시켜 기계적 에너지로 변환시키고 이 기계적 에너지로 전기를 얻는 기술이다.
풍력발전시스템은 지면에 대한 회전축의 방향에 따라 분류되는데, 크게 수평축 풍력발전 시스템(Horizontal Axis Wind Turbine)과 수직축 풍력발전 시스템(Vertical Axis Wind Turbine)으로 구분된다. 주요 구성요소로는 날개(Blade)와 허브(Hub)로 구성된 회전자(Rotor), 회전을 증속하여 발전기를 구동시키는 증속장치(Gear Box), 발전기 및 각종 안전장치를 제어하는 제어장치, 유압 브레이크 장치, 전력 제어 장치, 구조물, 공기유도장치 등으로 이루어진다. 이러한 주요 구성요소들을 이용하여 선박용 풍력발전 시스템을 구현한 다양한 기술들이 개발되고 있다.
그 일례로, 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0064479호의 풍력터빈환풍팬을 이용한 에너지절감형 선박(The Method of Energy Saving and Power Generation using Wind Turbine Ventilation Fan in Ships) 기술에 의하면, “선박의 화물창 환기를 위해서 풍력으로 구동되는 환풍팬을 설치하고 화물창에서 배기된 공기만큼 공기유입관로(3)를 공기가 공급되도록 고안되었으며, 공기유입관로(3)는 선박의 선수에서 선미부까지 연결된 공기관로(2)와 연결된다. 선박이 운항하고 풍속이 풍력터빈환풍팬(4)을 구동할 수 있는 속도 (약 2m/s 이상의 풍속)가 되면, 풍력터빈환풍팬(4)에 의해 화물창 내의 공기가 배기되고 화물창에는 부압이 형성되며 선박의 운항속도에 의해 공기관로(2) 입구에는 충분한 동압이 형성되어 공기가 공기관로(2)를 따라 공기유입관로(3)로 들어오고 환풍팬을 따라 배기된다. 또한 공기관로(2) 입구에 마이크로 풍력터빈(1)을 설치하여 추가로 전력을 생산한다.”라고 기술되어 있다(도 1 참조).
그러나 이 기술은 선박의 선수에서 선미부까지 연결된 공기관로(2)를 통해 풍력터빈환풍팬(4)을 구동할 수 있으나, 발전용 전력을 생산하는데 한계가 있다. 그 이유는 화물창의 공기관로(2) 내부에 설치된 다수개의 풍력터빈환풍팬(4)들은 공기의 흐름에 대한 바람의 세기를 감속시켜 풍력터빈환풍팬(4)들이 발전기를 구동시킬 만큼 충분한 회전력을 얻지 못하기 때문이다. 그리고 이 기술에서는 저풍속에도 구동하는 마이크로풍력터빈(1)이 선박의 선수쪽에 위치한 공기관로(2) 입구에 설치되어 있으나, 마이크로풍력터빈(1)이 원활한 회전력을 얻을 수 있도록 하기 위해서는 회전자(터빈)를 통과한 바람이 빠져나가는 배기구가 형성되어 있어야 하는데 폐쇄된 공기관로(2)만이 형성되어 있기 때문에 회전자가 충분한 회전토크를 얻을 수 없기 때문에 원하는 선박용 발전전력을 얻을 수 없는 문제점이 여전히 남아 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 자동개폐기능을 갖는 파이프라인을 이용한 선박 풍력발전 시스템에 대한 각종센서로부터 입력되는 데이터를 PC기반 데이터수집장치 및 감시 모니터를 통해 고장 원인을 분석하여 현장 기술자에게 피드백(Feedback)시킴으로써, 풍력발전의 효율성 극대화 및 안전적인 전력을 확보할 수 있도록 하도록 한 자동개폐기능을 갖는 파이프라인을 이용한 선박 풍력발전 시스템 관리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 일정한 규격을 갖고 선박의 선수에서 선미까지 좌우로 설치되는 제1/제2 파이프라인(First/second Pipeline, 100a,100b)과; 상기 제1/제2 파이프라인(100a,100b) 외부에는 해상풍을 집중시켜 파이프라인 내부에 장착된 다수개의 임펠러에 공급되는 바람을 단속하기 위한 솔레노이드 밸브(230)에 의해 동작하는 공기유입구(210)와 공기유출구(220)를 갖는 다수개의 자동개폐장치(200)와, 상기 제1/제2 파이프라인(100a,100b)의 공기 유통로(110)와 상기 다수개의 자동개폐장치(200)를 통해 유입 유출되는 해상풍으로부터 회전토크를 얻기 위한 다수개의 임펠러(Impeller, 300)와, 상기 다수개의 임펠러 회전속도를 증속시키는 증속장치(Gear Box, 400)와, 상기 증속장치(400)와 동기되어 상기 다수개의 임펠러(300)의 기계적인 회전에너지를 전기에너지로 전환하는 다수개의 발전기(500) 및 상기 발전기(500)에서 발전된 전력을 AC전력으로 변환시키는 인버터(620)를 구비하는 다수개의 전력변환제어장치(600)를 포함하며, 상기 다수개의 자동개폐장치(200)를 구동시키는 솔레노이드 밸브(230)로 공급되는 전압값을 검출하는 전압검출센서(240)로부터 상기 솔레노이드 밸브의 고장유무를 점검하는 제1 단계(S1)와; 상기 제1 단계 후, 다수개의 임펠러(300)와 연결된 샤프트(410)에 부착된 회전속도감지센서(350)로부터 상기 다수개의 임펠러에 대한 정격, 최대허용회전수를 검출하여 자동회전제어스위칭 기능을 갖는 토크 리미트(Torque Limit, 330)로 하여금 상기 다수개의 임펠러의 회전속도를 단속하는 제2 단계(S2)와; 상기 제2 단계 후, 상기 다수개의 임펠러(300)와 발전기를 연결하는 샤프트(410)에 동편조(Copper Braid)로 제작된 2중 브러쉬 센서(510)로부터 상기 발전기(500)에서 누전되는 발전기의 축전압/축전류를 검출하는 제3 단계(S3)와; 상기 전압검출센서(240)와 회전속도감지센서(350) 및 2중 브러쉬 센서(510)에서 검출된 데이터를 전송 받는 PC기반 데이터수집장치(700) 및 감시 모니터(710)를 통해 고장 원인을 분석하는 제4 단계(S4)와; 상기 제4 단계에서 분석된 데이터를 선박 내부의 현장 기술자 PC 단말기(720) 및 스마트 폰(730)으로 피드백(Feedback)시키는 제5 단계(S5)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동개폐기능을 갖는 파이프라인을 이용한 선박 풍력발전 시스템 관리방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 제1/제2 파이프라인(100a,100b)의 내부 일측에 장착된 바닷물 누수감지센서(120)로부터 상기 다수개의 자동개폐장치(200)의 방수여부를 감지하는 제6 단계(S6)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 자동개폐기능을 갖는 파이프라인을 이용한 선박 풍력발전 시스템 관리방법에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
(1) 제1/제2 파이프라인에 구축된 다수개의 자동개폐장치를 통해 선박 전면에서 불어오는 해상풍을 조절하여 다수개의 임펠러를 구동시킴으로써, 선박용 풍력발전시스템의 파이프라인 입구에서 사용된 폐바람이 출구에서 재사용되어 다수개의 임펠러에 대한 높은 회전관성력을 발생시켜 발전효율을 크게 높일 수 있다.
(2) 제1/제2 파이프라인에 구축된 방수기능을 갖는 다수개의 자동개폐장치를 원격지에서도 개폐가 가능하도록 함으로써, 파도가 높은 바다를 운항할 시 풍력발전 시스템을 염분으로부터 안정적으로 보호할 수 있다.
(3) 다수개의 임펠러를 연결하고 분리시키는 샤프트와 커플링을 통해 연결 및 분리가 가능하도록 함으로써, 다수개의 임펠러가 고장 시 수리가 용이할 뿐만 아니라 사용자가 다수개의 임펠러를 선별적으로 운용 가능하다.
(4) 다수개의 임펠러에 대한 정격 및 최대허용회전수를 단속하는 토크 리미트(Torque Limit)를 구성함으로써, 임펠러의 저속회전수와 발전기의 고속회전수 간의 회전수를 동기화(Synchronizing)시켜 안정적으로 발전 전력을 확보할 수 있는 효과가 있다.
(5) 전압검출센서와 회전속도감지센서 및 2중 브러쉬 센서에서 검출된 데이터를 전송 받는 PC기반 데이터수집장치와 감시 모니터를 통해 고장 원인을 정확하게 분석할 수 있다.
(6) PC기반 데이터수집장치와 감시 모니터를 통해 분석된 고장 원인을 선박 내부의 현장 기술자에게 피드백시킴으로써, 고장수리가 신속 정확하게 이루어지는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 대한 선박용 풍력발전시스템을 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 자동개폐기능을 갖는 파이프라인을 이용한 선박 풍력발전 시스템의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자동개폐기능을 갖는 파이프라인을 이용한 선박 풍력발전 시스템에 대한 세부 구성을 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자동개폐기능을 갖는 파이프라인을 이용한 선박 풍력발전 시스템에 대한 파이프라인, 자동개폐장치, 임펠러 및 주변장치 등의 세부 구성을 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자동개폐기능을 갖는 파이프라인을 이용한 선박 풍력발전 시스템에 대한 증속장치를 나타낸 도면
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자동개폐기능을 갖는 파이프라인을 이용한 선박 풍력발전 시스템에 대한 전력변환제어장치를 나타낸 도면
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자동개폐기능을 갖는 파이프라인을 이용한 선박 풍력발전 시스템 관리방법에 따른 각종센서 및 데이터 처리를 나타낸 블록도
도 8은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자동개폐기능을 갖는 파이프라인을 이용한 선박 풍력발전 시스템 관리방법에 대한 전체 플로워 챠트(Flow Chart)
도 9는 상기 도 8에 대한 제6 단계를 나타낸 플로워 챠트(Flow Chart)
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 자동개폐기능을 갖는 파이프라인을 이용한 선박 풍력발전 시스템의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자동개폐기능을 갖는 파이프라인을 이용한 선박 풍력발전 시스템에 대한 세부 구성을 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자동개폐기능을 갖는 파이프라인을 이용한 선박 풍력발전 시스템에 대한 파이프라인, 자동개폐장치, 임펠러 및 주변장치 등의 세부 구성을 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자동개폐기능을 갖는 파이프라인을 이용한 선박 풍력발전 시스템에 대한 증속장치를 나타낸 도면
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자동개폐기능을 갖는 파이프라인을 이용한 선박 풍력발전 시스템에 대한 전력변환제어장치를 나타낸 도면
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자동개폐기능을 갖는 파이프라인을 이용한 선박 풍력발전 시스템 관리방법에 따른 각종센서 및 데이터 처리를 나타낸 블록도
도 8은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자동개폐기능을 갖는 파이프라인을 이용한 선박 풍력발전 시스템 관리방법에 대한 전체 플로워 챠트(Flow Chart)
도 9는 상기 도 8에 대한 제6 단계를 나타낸 플로워 챠트(Flow Chart)
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야하며 비록 종래기술과 동일한 부호가 표시되더라도 종래기술은 그 자체로 해석하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자동개폐기능을 갖는 파이프라인을 이용한 선박 풍력발전 시스템의 기술적 해결수단은, 제1/제2 파이프라인(First/second Pipeline, 100a,100b), 다수개의 자동개폐장치(200), 다수개의 임펠러(300,Impeller), 증속장치(400, Gear Box), 발전기(500) 및 전력변환제어장치(600)로 이루어진다.
먼저 도 2 내지 도 4를 참조하여, 상기 제1/제2 파이프라인(First/second Pipeline, 100a,100b)은, 선박용 풍력발전 시스템에 공기를 유입 유출시키기 위한 수단으로, 일정한 규격을 갖는 원형파이프, 혹은 닥트로 제작 가능하고 선박의 선수에서 선미까지 좌우로 설치되며, 다수개의 임펠러를 내장할 수 있도록 하기 위하여 개방된 공기 유통로(110)를 갖는다.
여기서 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 제1/제2 파이프라인(100a,100b)의 정면입구(101)는, 선박 전면으로 다가오는 해상풍의 원활한 유입을 위해 상기 제1/제2 파이프라인의 공기 유통로(110) 출구의 1.5배 크기, 중간부분 유통로(102) 보다는 2배 이상 크기로 제작되어 상기 정면입구가 공기 유통로 보다 외측으로 더 벌어진 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
다음은 도 2 내지 도 4를 참조하여, 상기 다수개의 자동개폐장치(200)는, 상기 제1/제2 파이프라인(100a,100b)으로 유입되는 해상풍을 단속하기 위한 수단으로, 상기 다수개의 자동개폐장치(200)는 상기 제1/제2 파이프라인(100a,100b) 외부에 설치되며, 선체의 좌우 벽을 타고 유동하는 해상풍을 집중시켜 파이프라인 내부에 장착된 다수개의 임펠러에 공급되는 바람을 단속하기 위하여 한 개 이상의 공기유입구(210)와 공기유출구(220)를 갖는다.
여기서 도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 다수개의 자동개폐장치(200)는, 방수기능을 갖고 솔레노이드 밸브(230)의 단속에 의해 원격지(예를 들어, 선장실)에서도 자동적으로 개폐 가능한 것을 특징으로 한다. 또한 상기 솔레노이드 밸브(230)는 상기 다수개의 자동개폐장치(200)만큼 설치되어 상기 다수개의 자동개폐장치(200) 각각에 대하여 개폐 기능을 수행하도록 한다.
이와 같이 본 발명의 실시 예에서, 상기 다수개의 자동개폐장치(200)를 구성한 것은, 제1/제2 파이프라인의 외부에 구축된 다수개의 자동개폐장치(200)를 통해 선박 전면과 선박 좌우 벽을 타고 유입되는 해상풍을 조절하여 다수개의 임펠러를 구동시킴으로써, 선박용 풍력발전시스템의 파이프라인 입구, 즉 첫 번째 임펠러에서 사용된 폐바람이 빠져나가는 출구에서 재사용된다. 다시 말해서 첫 번째에서 사용된 폐바람이 다음 번째 임펠러에 재사용되는 방식을 반복한다. 이때 다음 번째 임펠러에는 상기 다수개의 자동개폐장치(200) 중에서 두 번째 자동개폐장치를 통해 해상풍이 동시에 유입됨으로써, 다수개의 임펠러에 대한 높은 회전관성력을 발생시켜 발전효율을 크게 높일 수 있다. 이러한 방식을 채택한 것은 상기 다수개의 임펠러를 구동시킴으로써 선박 엔진에 부하가 걸리는 것을 해소하고자 한 것이다.
또한, 상기 제1/제2 파이프라인(100a,100b)에 구축된 다수개의 자동개폐장치(200)에는 방수기능이 구비되어 있음은 물론, 원격지에서도 상기 다수개의 자동개폐장치 각각에 대하여 솔레노이드 밸브(230)가 장착되어 있고 이들 솔레노이드 밸브를 단속하여 자동적으로 개폐가 가능함으로써, 파도가 높은 바다를 운항할 시 풍력발전시스템을 염분으로부터 안정적으로 보호할 수 있다.
또한 도 2 내지 도 4를 참조하여, 상기 다수개의 임펠러(Impeller, 300)는, 풍력발전의 회전력을 얻는 수단으로, 상기 제1/제2 파이프라인(100a,100b)의 공기 유통로(110)와 상기 다수개의 자동개폐장치(200)를 통해 유입 유출되는 해상풍에 의해 회전토크를 얻는 회전날개(Blade, 310) 및 상기 회전날개를 지지하는 허브(Hub, 320)를 갖는다.
여기서 도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 다수개의 임펠러(Impeller, 300)는, 양력으로 변환시켜 회전시키는 기계적인 회전에너지로 변환하는데 이 회전력이 증속장치(400)를 통하여 발전기(500)의 정격회전수로 증속한 후 발전기를 구동시킨다.
그리고 본 발명의 실시 예에서는 상기 다수개의 임펠러(300)는, 정격 및 허용최대회전수를 단속하는 자동회전제어스위칭 기능을 갖는 토크 리미트(Torque Limit, 330) 혹은 휠락(Wheel Lock) 기능을 갖는 과속방지장치(340)에 의해 안정적으로 단속되는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 토크 리미트(Torque Limit, 330) 및 과속방지장치(340)는 공지사실이므로 더 이상의 언급은 하지 않는다.
또한 도 3 내지 5를 참조하여, 상기 증속장치(Gear Box, 400)는, 상기 다수개의 임펠러(300)의 저속 회전수를 증속하여 발전기(500)의 회전주파수 특성에 맞추는 수단으로, 상기 다수개의 임펠러(300)를 연결하고 분리시키는 샤프트(410) 및 커플링(420)의 일측과 연결된 구동용 베벨기어(430)와 상기 구동용 베벨기어와 수직으로 교차되어 맞물리는 발전용 베벨기어(440)를 갖는다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 증속장치(400) 출력측의 회전력은, 회전력 제한 커플링을 통해 발전기축으로 전달될 수 있다.
또한 도 2 내지 도 6을 참조하여, 상기 다수개의 발전기(500)는, 상기 다수개의 임펠러(300)의 기계적인 회전에너지를 전기에너지로 전환하는 수단으로, 상기 증속장치(400)의 발전용 베벨기어(420)와 연결된다.
여기서 본 발명의 실시 예에 따른 상기 발전기(500)는, 상기 다수개의 임펠러(300)의 회전에 의해 얻어진 기계적인 회전에너지를 전기에너지로 변환하는 장치로서 동기발전기와 유도발전기가 사용된다. 일반적으로 발전기는 증속장치(400)를 개입시켜 다수개의 임펠러에 직결시켜 나셀(Nacelle) 내에 설치된다. 발전기는 동기 발전기와 유도 발전기가 사용되는데 본 발명에서는 통상 풍력의 특성상 유도 발전기가 사용되어지고 효율을 높이기 위해 가변극수 변환장치 등이 이용된다. 또한 발전기의 온도를 감지하고자 권선 내에 온도센서가 설치되어 있고 발전기의 냉각은 팬에 의해 공기나 물 등으로 냉각되어 진다. 그리고 발전기에서 생산된 전압은 변압기에 의해 변환되어 선박용 전력계통에 연계된다.
그리고 도 6을 참조하여, 상기 다수개의 전력변환제어장치(600)는, DC전력을 AC전력으로 변환하고 저장하며 과충전 및 과방전 보호장치를 말하며, 상기 발전기(500)에서 발전된 전력을 DC전력으로 충전하는 배터리(610)와 상기 배터리의 전력을 AC전력으로 변환시키는 인버터(620)를 구비한다.
여기서 본 발명의 실시 예에 따른 상기 인버터(620)에는 상기 배터리(610)에서 과충전 및 과방전 되는 것을 자동적으로 제어하는 기능을 수행한다.
또한, 상기 다수개의 발전기(500)에서 발전된 DC전력은 상기 다수개의 전력변환장치(600)로 전송되되, 상기 인버터(620)의 입력단자는 선박에 필요한 DC전력으로 사용 가능하고 상기 인버터(620)의 출력단자는 선박에 필요한 AC전력으로 사용 가능하다.
이와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자동개폐기능을 갖는 파이프라인을 이용한 선박 풍력발전 시스템은, 제1/제2 파이프라인(100a,100b)에 구축된 다수개의 자동개폐장치(200)를 통해 선박 전면에서 불어오는 해상풍을 조절하여 다수개의 임펠러(300)를 구동시킴으로써, 선박용 풍력발전시스템의 파이프라인 입구에서 사용된 폐바람이 출구에서 재사용되어 다수개의 임펠러에 대한 높은 회전관성력을 발생시켜 발전효율을 크게 높일 수 있다. 또한, 상기 제1/제2 파이프라인(100a,100b)에 구축된 방수기능을 갖는 다수개의 자동개폐장치(200)를 원격지에서도 개폐가 가능하도록 함으로써, 파도가 높은 바다를 운항할 시 풍력발전 시스템을 염분으로부터 안정적으로 보호할 수 있다. 또한, 다수개의 임펠러(300)를 연결하고 분리시키는 샤프트(410) 및 커플링(420)을 통해 연결 및 분리가 가능하도록 함으로써, 다수개의 임펠러가 고장 시 수리가 용이하고 다수개의 임펠러를 선별적으로 운용 가능하다. 그리고 다수개의 임펠러(300)에 대한 정격 및 최대허용회전수를 단속하는 토크 리미트(Torque Limit, 330) 혹은 과속방지장치(340)를 구성함으로써, 임펠러의 저속회전수와 발전기의 고속회전수 간의 회전수를 동기화(Synchronizing)시켜 안정적으로 발전을 할 수 있는 독특한 작용효과를 갖는 특징이 있다.
이하 도 2 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동개폐기능을 갖는 파이프라인을 이용한 선박 풍력발전 시스템 관리방법에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 관리방법에는 전술한 자동개폐기능을 갖는 파이프라인을 이용한 선박 풍력발전 시스템에 포함된 기술적 구성인 일정한 규격을 갖고 선박의 선수에서 선미까지 좌우로 설치되는 제1/제2 파이프라인(First/second Pipeline, 100a,100b)과, 상기 제1/제2 파이프라인(100a,100b) 외부에는 해상풍을 집중시켜 파이프라인 내부에 장착된 다수개의 임펠러에 공급되는 바람을 단속하기 위한 솔레노이드 밸브(230)에 의해 동작하는 공기유입구(210)와 공기유출구(220)를 갖는 다수개의 자동개폐장치(200)와, 상기 제1/제2 파이프라인(100a,100b)의 공기유통로(110)와 상기 다수개의 자동개폐장치(200)를 통해 유입 유출되는 해상풍으로부터 회전토크를 얻기 위한 다수개의 임펠러(Impeller, 300)와, 상기 다수개의 임펠러 회전속도를 증속시키는 증속장치(Gear Box, 400)와, 상기 증속장치(400)와 동기되어 상기 다수개의 임펠러(300)의 기계적인 회전에너지를 전기에너지로 전환하는 다수개의 발전기(500) 및 상기 발전기(500)에서 발전된 전력을 AC전력으로 변환시키는 인버터(620)를 구비하는 다수개의 전력변환제어장치(600)를 포함한다.
먼저, 도 7 및 8을 참조하여, 상기 다수개의 자동개폐장치(200)를 구동시키는 솔레노이드 밸브(230)로 공급되는 전압값을 검출하는 전압검출센서(240)로부터 상기 솔레노이드 밸브(230)의 고장유무를 점검하는 제1 단계(S1) 갖는다.
여기서 상기 전압검출센서(240)는 솔레노이드 밸브(230)로 입력되는 전압에 따른 전류를 발생시켜서 출력된 값으로 고장유무를 점검한다.
도 8을 참조하여, 상기 제1 단계 후, 다수개의 임펠러(300)와 연결된 샤프트(410)에 부착된 회전속도감지센서(350)로부터 상기 다수개의 임펠러에 대한 정격, 최대허용회전수 여부를 검출하여 자동회전제어스위칭 기능을 갖는 토크 리미트(Torque Limit, 330)로 하여금 상기 다수개의 임펠러의 회전속도를 단속하는 제2 단계(S2)를 갖는다.
여기서 상기 토크 리미트(330)는 해상풍과 선박의 운항 속도에 따라 상기 다수개의 임펠러(300)가 고속 회전되어 다수개의 발전기(500)가 과발전되는 것을 방지하기 위해 상기 제1/제2 임펠러의 정격 및 허용최대회전수를 제한하는 자동회전제어스위칭 기능을 갖는 토크 리미트(330)를 샤프트(410)에 설치한다.
도 8을 참조하여, 상기 제2 단계 후, 상기 다수개의 임펠러(300)와 발전기를 연결하는 샤프트(410)에 동편조(Copper Braid)로 제작된 2중 브러쉬 센서(510)로부터 상기 발전기(500)에서 누전되는 발전기의 축전압/축전류를 검출하는 제3 단계(S3)를 갖는다.
여기서 상기 2중 브러쉬 센서(510)는 구리로 만든 동편조로 다수개의 발전기(500) 중에서 어느 하나가 단락사고를 일으켜 회전하는 샤프트(410)를 타고 흐르는 누전전기를 검출하는 수단이다.
도 7 및 도 8을 참조하여, 상기 전압검출센서(240)와 회전속도감지센서(350) 및 2중 브러쉬 센서(510)에서 검출된 데이터를 전송 받는 PC기반 데이터수집장치(700) 및 감시 모니터(710)를 통해 고장 원인을 분석하는 제4 단계(S4)를 갖는다.
여기서 상기 PC기반 데이터수집장치(700)는 상기 전압검출센서(240)와 회전속도감지센서(350) 및 2중 브러쉬 센서(510)로부터 검출된 아날로그 신호를 디지털 신호로 순차 변환시키는 상기 신호처리기를 통해 수집된 데이터를 메모리에 저장된 알고리즘(사용자 설정 Parameter)과 비교 분석 판단하여 모니터링에 필요한 각종 이벤트 데이터로 변환 제어한다. 또한 PC기반 데이터수집장치(700)는 SSI(System Synchroniztion Interface)버스를 통해 메모리(SRAM) 카드간의 동기화와 캘리브레이션(Calibration)을 할 수 있도록 고안된 소프트웨어가 제공되어 있어 아주 손쉽게 교정 할 수 있다.
그리고 도 7 및 도 8을 참조하여, 상기 제4 단계에서 분석된 데이터를 선박 내부의 현장 기술자의 PC 단말기(720) 및 스마트 폰(730)으로 피드백(Feedback)시키는 제5 단계(S5)로 이루어진다.
또한, 도 9를 참조하여, 본 발명의 관리방법에 따르면, 상기 제1/제2 파이프라인(100a,100b)의 내부 일측에 장착된 바닷물 누수감지센서(120)로부터 상기 다수개의 자동개폐장치(200)의 방수여부를 감지하는 제6 단계(S6)를 더 포함한다.
여기서 상기 바닷물 누수감지센서(120)는 바닷물이 접촉되는 염분의 농도 값(Density Value)을 통해 상기 PC기반 데이터수집장치(700)에서 연산처리 된다.
이와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 관리방법은, 전압검출센서(240)와 회전속도감지센서(350) 및 2중 브러쉬 센서(510)에서 검출된 데이터를 전송 받는 PC기반 데이터수집장치(700)와 감시 모니터(710)를 통해 고장 원인을 정확하게 분석할 수 있다. 또한, PC기반 데이터수집장치(700)와 감시모니터(710)를 통해 분석된 고장 원인을 선박 내부의 현장 기술자에게 피드백시킴으로써, 고장수리가 신속 정확하게 이루어지는 효과가 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100a,100b : 제1/제2 파이프라인 101 : 정면입구
102 : 중간부분 유통로 110 : 공기 유통로
200 : 다수개의 자동개폐장치 210 : 공기유입구
220 : 공기유출구 230 : 솔레노이드 밸브
240 : 전압검출센서 300 : 다수개의 임펠러
310 : 회전날개 320 : 허브
330 : 토크 리미트 340 : 과속방지장치
350 : 회전속도감지센서 400 : 증속장치
410 : 샤프트 420 : 커플링
430 : 구동용 베벨기어 440 : 발전용 베벨기어
500 : 다수개의 발전기 510 : 2중 브러쉬 센서
600 : 다수개의 전력변환제어장치 610 : 배터리
620 : 인버터 700 : PC기반 데이터수집장치
710 : 감시 모니터 720 : 현장 기술자 PC 단말기
730 : 스마트 폰
102 : 중간부분 유통로 110 : 공기 유통로
200 : 다수개의 자동개폐장치 210 : 공기유입구
220 : 공기유출구 230 : 솔레노이드 밸브
240 : 전압검출센서 300 : 다수개의 임펠러
310 : 회전날개 320 : 허브
330 : 토크 리미트 340 : 과속방지장치
350 : 회전속도감지센서 400 : 증속장치
410 : 샤프트 420 : 커플링
430 : 구동용 베벨기어 440 : 발전용 베벨기어
500 : 다수개의 발전기 510 : 2중 브러쉬 센서
600 : 다수개의 전력변환제어장치 610 : 배터리
620 : 인버터 700 : PC기반 데이터수집장치
710 : 감시 모니터 720 : 현장 기술자 PC 단말기
730 : 스마트 폰
Claims (2)
- 일정한 규격을 갖고 선박의 선수에서 선미까지 좌우로 설치되는 제1/제2 파이프라인(First/second Pipeline, 100a,100b)과; 상기 제1/제2 파이프라인(100a,100b) 외부에는 해상풍을 집중시켜 파이프라인 내부에 장착된 다수개의 임펠러에 공급되는 바람을 단속하기 위한 솔레노이드 밸브(230)에 의해 동작하는 공기유입구(210)와 공기유출구(220)를 갖는 다수개의 자동개폐장치(200)와, 상기 제1/제2 파이프라인(100a,100b)의 공기 유통로(110)와 상기 다수개의 자동개폐장치(200)를 통해 유입 유출되는 해상풍으로부터 회전토크를 얻기 위한 다수개의 임펠러(Impeller, 300)와, 상기 다수개의 임펠러 회전속도를 증속시키는 증속장치(Gear Box, 400)와, 상기 증속장치(400)와 동기되어 상기 다수개의 임펠러(300)의 기계적인 회전에너지를 전기에너지로 전환하는 다수개의 발전기(500) 및 상기 발전기(500)에서 발전된 전력을 AC전력으로 변환시키는 인버터(620)를 구비하는 다수개의 전력변환제어장치(600)를 포함하며,
상기 다수개의 자동개폐장치(200)를 구동시키는 솔레노이드 밸브(230)로 공급되는 전압값을 검출하는 전압검출센서(240)로부터 상기 솔레노이드 밸브의 고장유무를 점검하는 제1 단계(S1)와;
상기 제1 단계 후, 다수개의 임펠러(300)와 연결된 샤프트(410)에 부착된 회전속도감지센서(350)로부터 상기 다수개의 임펠러에 대한 정격, 최대허용회전수를 검출하여 자동회전제어스위칭 기능을 갖는 토크 리미트(Torque Limit, 330)로 하여금 상기 다수개의 임펠러의 회전속도를 단속하는 제2 단계(S2)와;
상기 제2 단계 후, 상기 다수개의 임펠러(300)와 발전기를 연결하는 샤프트(410)에 동편조(Copper Braid)로 제작된 2중 브러쉬 센서(510)로부터 상기 발전기(500)에서 누전되는 발전기의 축전압/축전류를 검출하는 제3 단계(S3)와;
상기 전압검출센서(240)와 회전속도감지센서(350) 및 2중 브러쉬 센서(510)에서 검출된 데이터를 전송 받는 PC기반 데이터수집장치(700) 및 감시 모니터(710)를 통해 고장 원인을 분석하는 제4 단계(S4)와;
상기 제4 단계에서 분석된 데이터를 선박 내부의 현장 기술자의 PC 단말기(720) 및 스마트 폰(730)으로 피드백(Feedback)시키는 제5 단계(S5)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동개폐기능을 갖는 파이프라인을 이용한 선박 풍력발전 시스템 관리방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 제1/제2 파이프라인(100a,100b)의 내부 일측에 장착된 바닷물 누수감지센서(120)로부터 상기 다수개의 자동개폐장치(200)의 방수여부를 감지하는 제6 단계(S6)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동개폐기능을 갖는 파이프라인을 이용한 선박 풍력발전 시스템 관리방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130155026A KR101405021B1 (ko) | 2013-12-12 | 2013-12-12 | 자동개폐기능을 갖는 파이프라인을 이용한 선박 풍력발전 시스템 관리방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130155026A KR101405021B1 (ko) | 2013-12-12 | 2013-12-12 | 자동개폐기능을 갖는 파이프라인을 이용한 선박 풍력발전 시스템 관리방법 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| KR101405021B1 true KR101405021B1 (ko) | 2014-06-12 |
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| KR (1) | KR101405021B1 (ko) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11148453A (ja) * | 1997-11-13 | 1999-06-02 | Naoyoshi Hosoda | 風力発電装置 |
| KR20130060771A (ko) * | 2011-11-30 | 2013-06-10 | 화신에너지 주식회사 | 선박용 풍력발전기 |
| KR20130071234A (ko) * | 2011-12-20 | 2013-06-28 | 삼성중공업 주식회사 | 선박 |
| WO2013110696A1 (de) | 2012-01-25 | 2013-08-01 | HÖRNIG, Maria | Windkraftanlage mit einer venturi wirkung |
-
2013
- 2013-12-12 KR KR1020130155026A patent/KR101405021B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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