KR101815097B1

KR101815097B1 - 선박

Info

Publication number: KR101815097B1
Application number: KR1020160097541A
Authority: KR
Inventors: 정순용
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2016-07-29
Filing date: 2016-07-29
Publication date: 2018-01-04

Abstract

본 발명은 선박에서 사용되고 남은 에너지를 압축공기로 저장한 후 가공하여 운항의 에너지로 재사용하는 선박에 관한 것이다. 이러한 선박은 저면에 공기분사구가 형성된 선체, 선체에 설치되어 잉여 에너지를 생산하는 에너지생성부, 에너지생성부에서 생성된 잉여 에너지로 구동하여 압축공기를 생산하는 압축모듈, 압축모듈로부터 압축공기를 공급받아 저장하며, 압축공기를 공기분사구로 제공하는 공기저장부 및 공기저장부와 공기분사구 사이에 연결되어 압축공기를 감압하면서 전기에너지를 생성하는 감압발전부를 포함한다.

Description

선박{Vessel}

본 발명은 선박에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선박에서 사용되고 남은 에너지를 압축공기로 저장한 후 가공하여 재사용하는 선박이다.

선박 건조기술이 발전함에 따라, 구조적으로 많은 화물을 실어 나르는 대형선박이 건조 가능하게 되었다. 대형선박은 여러 가지 에너지를 발생시키며, 발생된 에너지를 재사용하는 구동설비 그리고 재사용된 에너지를 전원으로 사용하는 전기장치 등을 포함한다. 이러한 구동설비와 전기장치들은 유기적으로 작동하며 선박이 안정적으로 운항될 수 있게 한다.

그러나, 대형 선박은 운항 할 때 해수와 큰 마찰저항과 조파저항 등을 발생시킨다. 이러한 저항들은 구동 설비에 큰 부하로 전달되어, 구동 설비의 연료 소비량을 증가시켜 선박의 운항 비용을 증가시키는 문제를 발생시킨다. 이러한 문제의 해결방안으로 선박 저면에 공기 층을 형성하여 해수와 선박간 마찰 저항을 감소시켜 운항에 소비되는 연료량을 줄일 수 있는 방법들이 개발되었다.

하지만, 개발된 다수의 공기윤활기법은 마찰저항이 크게 발생되는 상황에서 추진력을 발생시키는 데 소비되는 연료 보다 상대적으로 적은 연료를 사용할 뿐, 공기를 분사하는데 역시 많은 연료를 소비한다. 따라서, 개발된 다수의 공기윤활기법으로는 운항에 소비되는 연료를 감소시키는데 많은 한계가 있다.

대한민국공개특허 10-2009-0109263 (2009.10.20)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 선박에서 사용되고 남은 에너지를 압축공기로 저장한 후 가공하여 선박과 해수 간 마찰저항을 감소시키는 공기와 선체에 설치된 각종 전기장비의 전기에너지로 재사용하는 선박을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 선박은 저면에 공기분사구가 형성된 선체, 상기 선체에 설치되어 에너지를 생산하는 에너지생성부, 상기 에너지생성부에서 생성된 에너지로 구동하여 압축공기를 생산하는 압축모듈, 상기 압축모듈에서 생성된 압축공기를 상기 공기분사구에 제공하는 공기저장부 및 상기 공기저장부와 상기 공기분사구 사이에 연결되어 상기 압축공기를 감압하면서 전기에너지를 생성하는 감압발전부를 포함한다.

상기 감압발전부는 상기 압축공기로 회전하는 터빈과 상기 터빈과 연결된 터빈발전기를 포함할 수 있다.

상기 에너지생성부는 상기 선체의 부하에 잉여에너지를 공급하는 발전엔진과 상기 선체의 추진기와 연결된 메인엔진을 포함할 수 있다.

상기 메인엔진에 연결되고, 상기 추진기를 작동시키고 남은 동력을 상기 압축모듈에 선택적으로 전달하는 클러치를 더 포함할 수 있다.

상기 메인엔진은, 상기 추진기를 작동시키고 남은 동력으로 전기를 생산하는 축발전기를 포함하고, 상기 압축모듈에 연결되어 상기 축발전기에서 생성된 전력으로 작동하여 상기 압축모듈을 구동하는 모터부를 더 포함할 수 있다.

상기 압축모듈에 연결되어, 상기 부하에서 사용하고 남은 전력으로 상기 압축모듈을 구동하는 모터부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 선박은 사용되고 남은 에너지를 회수하여 압축공기로 저장한 후, 저장된 공기를 가공하여 운항에 소비되는 에너지로 재사용할 수 있다. 특히, 압축공기를 감압하여 발생되는 감압공기와 전력을 각각 선박과 해수 간에 마찰저항을 감소시키는 분사공기와 선박에 설치된 전기설비의 전원으로 사용할 수 있다. 이를 통해, 선박은 잉여 에너지를 재사용함으로써 선박에서 발생되는 한정된 에너지의 사용 효율을 한층 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 사시도이다.
도 2는 도 1의 선박의 에너지생성부, 압축모듈 및 감압발전부 등의 관계를 나타낸 관계도이다.
도 3 및 도 4는 도 2의 에너지생성부에서 발생된 잉여 에너지를 압축공기로 변환하여 저장하는 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 도 3 및 도 4의 공기저장부에 저장된 압축공기를 감압공기 및 전기에너지로 변환하여 사용하는 상태를 도시한 도면이다.

본 발명의 이점과 특징 그리고 그것들을 달성하는 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 수 있다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 선박 및 선박에 포함되는 에너지생성부, 압축모듈 및 감압발전부 등의 관계에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 사시도이고, 도 2는 도 1의 선박의 에너지생성부, 압축모듈 및 감압발전부 등의 관계를 나타내는 관계도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선박(1)은 선박(1) 내에서 사용되고 남은 에너지를 회수하여 재사용 하며 에너지의 사용효율을 높인다. 이러한 선박(1)에 대해 좀 더 구체적으로 설명하면, 선박(1)은 각종 부하(12) 및 추진기(P)를 구동시키고 남은 에너지로 압축모듈(30)을 구동시켜 압축공기(PA)를 생산하여 공기저장부(40)에 저장한다. 그리고, 필요에 따라 감압발전부(50)를 이용해 저장된 압축공기(PA)를 선체(10)와 해수 간 마찰저항을 감소시키는 감압공기(A)와 각종 전기설비(12)에 인가되는 전기에너지(PE) 즉, 전력으로 변환한다.

이를 통해, 선박(1)은 공기윤활기법에 사용되는 압축공기를 생산하는 컴프레서의 구동을 감소시키고, 각종 부하(12) 및 추진기(P)에 사용되고 남은 전기에너지를 회수하여 해상에서 운항하며 소비되는 연료를 감소 시킬 수 있다.

이와 같은 선박(1)은 저면에 공기분사구(11)가 형성된 선체(10), 선체(10) 내부에 설치된 각종 부하(12) 및 외부에 설치된 추진기(P), 선체(10)에 설치되어 전기에너지 및 운동에너지 등의 에너지를 생산하는 에너지생성부(20), 이러한 에너지로 구동하며 압축공기(PA)를 생산하는 압축모듈(30), 압축공기(PA)를 저장하는 공기저장부(40) 및 압축공기(PA)를 공기분사구(11)에 분사되는 감압공기와 전기설비(12)에 인가되는 전기에너지(PE)로 변환하는 감압발전부(50) 등을 포함한다.

이하, 선박(1)을 구성하는 각 구성요소들에 대해 좀 더 구체적으로 설명 한다.

선체(10)는 각종 전기설비(12)의 구동과 공기분사구(11)를 통해 해상에서 작은 마찰 저항을 발생시키는 구조물이다. 이러한, 선체(10)의 내부에는 각종 기계 및 부하(12) 등이 설치되며, 부하(12)에 전기에너지원을 공급하는 에너지생성부(20), 에너지생성부(20)에서 생성된 에너지 즉, 잉여에너지로 구동하여 압축공기를 생산하는 압축모듈(30) 및 압축모듈(30)에서 압축된 공기를 저장하는 공기저장부(40) 및 압축공기(PA)를 감압공기(A)와 전기에너지(PE)로 변환하는 감압발전부(50) 등이 설치된다. 또한, 선체(10)에는 이러한 장치들에 전달되는 에너지 흐름을 제어하는 밸브(V) 및 스위치(S1~S3)와 밸브(V)와 스위치(S1~S3) 개별적으로 제어할 수 있는 제어시스템이 설치될 수 있다.

에너지생성부(20)는 외부에서 인가되는 화석연료를 태워 화석연료의 폭발력으로 크랭크축을 회전시켜 기계적 에너지를 발생시키는 장치이다. 이러한 에너지생성부(20)는 발전엔진(21)과 메인엔진(22)등을 포함할 수 있다. 여기서, 발전엔진(21)은 내부에 발전기(Alternator)를 포함하여 발전기를 통해 전기에너지를 발생시킬 수 있다. 이러한 발전엔진(21)은 각종 부하(12)에서 소비하는 전력 이상의 에너지를 생산하여 부하(12)에 전력을 공급하고, 부하(12)에서 사용되고 남은 전력을 모터부(31)에 공급할 수 있다.

한편, 메인엔진(22)은 내부에 포함된 크랭크축의 회전을 통해 운동에너지를 발생시키고 발생된 운동에너지로 추진기(P)를 구동시킬 수 있다. 메인엔진(22)은 내부에 추진기(P)를 작동시키고 남은 동력으로 전기를 생산하는 축발전기(S/G)와 압축모듈(30)에 연결되어 축발전기(S/G)에서 생성된 전력으로 작동하여 압축모듈(30)을 구동하는 모터부(31)를 포함한다. 따라서, 메인엔진(22)은 추진기(P)를 구동시키고 남은 동력으로 모터부(31)를 작동시킨다.

아울러, 메인엔진(22)은 클러치(25)를 더 포함하여 압축모듈(30)에 전달되는 동력을 선택적으로 전달 및 차단 하며, 압축모듈(30)의 작동을 용이하게 제어할 수 있다. 그리고 메인엔진(22)에서 출력된 동력은 추진기(P)를 구동시키고, 추진기(P)의 추진부하를 초과하는 동력은 축발전기(S/G)를 통해 전력으로 변환되거나 직접 압축모듈(30)로 전달될 수 있다.

이와 같이 에너지생성부(20)는 각종 부하(12)와 추진기(P) 등을 작동시키고 남을 만큼의 에너지를 출력하여 각 부하에서 소비되고 남은 에너지 즉, 잉여 에너지를 발생시킨다. 다시 말해, 압축모듈(30)은 에너지생성부(20)에서 인가되는 잉여 에너지를 전달 받아 공기를 압축해 공기저장부(40)로 배출한다. 일 예로, 압축모듈(30)은 스크류 공기압축기(screw air compressor)로 형성되어 구동하며 고압의 공기를 지속적으로 공기저장부(40)로 배출할 수 있다. 이러한 압축모듈(30)은 모터부(31)에서 전달되는 동력 및 메인엔진(22)에서 전달되는 동력에 의해 회동속도가 조절될 수 있다.

모터부(31)는 발전엔진(21)에서 발생되어 각종 부하(12)에 소비되고 남은 전력 즉, 전기의 잉여 에너지 및 메인엔진(22)에서 발생되어 추진기(P)를 구동시키고 남은 에너지 즉, 동력의 잉여 에너지로 구동 될 수 있다. 여기서, 전기의 잉여 에너지는 제1스위치(S1)와 제2스위치(S2)를 통해 용이하게 크기가 가변 되며, 모터부(31)에 전달될 수 있다. 한편, 동력의 잉여 에너지는 클러치(25)를 통해 용이하게 크기가 조절되어 모터부(31)에 전달 수 있다. 여기서, 제1스위치(S1)와 제2스위치(S2)는 후술한 제3스위치(S3)는 IGBT, IEGT, MOSFET, ICGT, GCT, SGCT 및 GTO 가운데 어느 하나가 될 수 있는 전력반도체가 될 수 있다. 모터부(31)는 복수 개의 기어를 포함하여, 전달 받은 잉여 에너지의 토크(torque)의 크기를 변경하여 압축모듈(30)에 전달할 수 있다. 압축모듈(30)은 이와 같이 크기가 조절된 에너지를 통해 다양한 압축력으로 공기를 압축할 수 있다.

공기저장부(40)는 압축모듈(30)로부터 압축공기(PA)를 공급받아 저장하는 탱크이다. 이러한 공기저장부(40)의 일측에는 제1밸브(V1)를 포함하는 배관을 통해 감압발전부(50)가 연결되어, 공기저장부(40)는 저장된 압축공기(PA)를 감압하며 공기분사구(11)로 제공할 수 있다.

감압발전부(50)는 공기저장부(40)와 공기분사구(11) 사이에 연결되어 공기저장부(40)에 저장된 압축공기(PA)를 감압하면서 전기에너지(PE)를 생성한다. 이러한 감압발전부(50)는 터빈(51)과 터빈발전기(52)를 포함하여, 압축공기(PA)로 터빈(51)을 회전시키며, 터빈(51)의 회전력에 대응하여 터빈발전기(52)로부터 전기에너지(PE)를 생성한다. 또한, 감압발전부(50)는 터빈(51)을 회전시키는 시간 동안 압축공기(PA)의 압력을 낮추며, 압력이 낮아진 공기를 에어노즐(L)로 공급하여 공기분사구(11)로 배출될 수 있도록 한다. 아울러, 에어노즐(L)에는 제2밸브(V2)가 설치되어 공기분사구(11)로 배출되는 공기량을 용이하게 조절하며 감압공기(A)가 분사될 수 있다.

다시 말해 감압발전부(50)는 선체(10)를 구동시키고 남은 에너지를 전기에너지와 감압공기로 변환하여, 선체(10)를 해상에서 운항하는 데 소비되는 에너지로 재사용한다.

이하, 도 3 및 도 5를 참조하여, 에너지생성부에서 발생된 잉여 에너지를 가공하여 감압공기 및 전기에너지로 변환하는 과정에 대해 설명한다.

도 3 및 도 4는 도 2의 에너지생성부에서 발생된 잉여 에너지를 압축공기로 변환하여 저장하는 상태를 도시한 도면이고, 도 5는 도 3의 공기저장부에 저장된 압축공기를 감압공기 및 전력으로 변환하여 사용하는 상태를 도시한 도면이다.

발전엔진(21)은 부하(12)를 충분히 구동시키고 남을 정도의 전력을 출력한다. 이때, 출력된 전력의 일부는 부하(12)에 소비되며, 소비되고 남은 전기 에너지는 잉여 에너지가 되어 모터부(31)를 구동시킨다(도 3의 SE 1 참조). 또한, 메인엔진(22)은 추진기(P)를 충분히 구동시키고 남을 정도의 동력을 출력한다. 이때, 출력된 동력은 추진기(P)를 구동시키고, 남은 운동 에너지는 잉여 에너지가 되어 축발전기(S/G)를 구동시켜 전력으로 변환되어 모터부(31)에 전달된다(도 3의 SE 2-1 참조). 한편, 추진기(P)를 구동시키고 남은 에너지는 잉여 에너지가 되어 직결된 압축모듈(30)에 회동력으로 전달될 수 있다(도 4의 SE 2-2 참조). 이때, 메인엔진(22)과 압축모듈(30) 사이에 개재된 클러치(25)는 연결되어 메인엔진(22)에서 전달되는 회동력을 압축모듈(30)로 원활히 전달한다.

압축모듈(30)은 메인엔진(22) 및 모터부(31)에서 전달 되는 에너지로 구동하며 압축공기를 생산하고. 생산된 압축공기(PA)를 공기저장부(40)로 배출한다. 공기저장부(40)는 압축공기(PA)를 저장하고 있다가 공기저장부(40)와 감압발전부(50)사이를 연결하는 배관의 제1밸브(V1)가 개방되면, 압축공기(PA)를 감압발전부(50)로 분사한다.

감압발전부(50)는 분사되는 압축공기(PA)로 터빈(51)을 회전시키며, 압축공기(PA)를 감압공기로 변환해 에어노즐(L)로 배출시킨다. 이때, 감압공기(A)는 공기분사구(11)로 이동하여 선체(10)와 해수간 마찰저항을 감소시키는 공기로 사용된다. 그리고, 압축공기(PA)를 통해 터빈(51)이 작동하게 되는 동안, 터빈(51)의 회전력에 대응하여 터빈발전기(52)는 전력을 생성한다. 생성된 전기에너지(PE)는 부하(12)로 공급되어 사용될 수 있다.

아울러, 터빈발전기(52)와 부하(12)사이에는 전술한 제1, 2스위치(S1, S2)와 동일한 제3스위치(S3)가 설치되어 터빈발전기(52)에서 부하(12)로 전달되는 전력의 흐름을 용이하게 제어할 수 있다.

이와 같은 감압발전부(50)는 선체(10)의 운항에 소비되고 남은 에너지를 선체(10)를 구동시키는 전력과 선체(10)와 해수간 마찰저항을 감소시키는 공기(A)로 재사용하여, 선체(10)의 운항에 소비되는 에너지 효율을 향상시킨다.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서도 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1: 선박 10: 선체
11: 공기분사구 12: 부하
20: 에너지생성부 21: 발전엔진
22: 메인엔진 30: 압출모듈
31: 모터부 40: 공기저장부
50: 감압발전부 51: 터빈
52: 터빈발전기 PA: 압축공기
L: 에어노즐 V: 밸브

Claims

저면에 공기분사구가 형성된 선체;
상기 선체에 설치되어 에너지를 생산하는 에너지생성부;
상기 에너지생성부에서 생성된 에너지로 구동하여 압축공기를 생산하는 압축모듈;
상기 압축모듈에서 생산된 압축공기를 상기 공기분사구에 제공하는 공기저장부; 및
상기 공기저장부와 상기 공기분사구 사이에 연결되어 상기 압축공기를 감압하면서 전기에너지를 생성하고, 압력이 낮아진 공기를 상기 공기분사구로 공급하는 감압발전부를 포함하는 선박.
제1항에 있어서, 상기 감압발전부는 상기 공기저장부에서 제공된 압축공기로 회전하는 터빈과 상기 터빈과 연결된 터빈발전기를 포함하는 선박.
제1항에 있어서, 상기 에너지생성부는 상기 선체의 부하에 전기에너지를 공급하는 발전엔진과 상기 선체의 추진기와 연결된 메인엔진을 포함하는 선박.
제3항에 있어서, 상기 메인엔진에 연결되고, 상기 추진기를 작동시키고 남은 동력을 상기 압축모듈에 선택적으로 전달하는 클러치를 더 포함하는 선박.
제3항에 있어서, 상기 메인엔진은, 상기 추진기를 작동시키고 남은 동력으로 전기를 생산하는 축발전기를 포함하고,
상기 압축모듈에 연결되어 상기 축발전기에서 생성된 전력으로 작동하여 상기 압축모듈을 구동하는 모터부를 더 포함하는 선박.
제3항에 있어서, 상기 압축모듈에 연결되어, 상기 부하에서 사용하고 남은 전력으로 상기 압축모듈을 구동하는 모터부를 더 포함하는 선박.