KR101824590B1 - 선박용 보조 추진 장치 - Google Patents

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Abstract

선박용 보조 추진 장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 보조 추진 장치는 부유 가능하며, 선박의 선미부에 분리 가능하게 결합되는 몸체; 상기 몸체에 설치되는 전기 모터; 상기 전기 모터에 의해 회전하여 추력을 제공하는 프로펠러; 및 상기 전기 모터에 공급되는 전기를 생산하는 태양광 발전부를 포함한다.

Description

선박용 보조 추진 장치{Auxillary thrust apparatus for ship}
본 발명은 선박용 보조 추진 장치에 관한 것이다.
선박은 운항 과정에서 많은 연료를 소비하며, 이러한 연료 소비는 두 가지 관점에서 문제가 된다.
첫째는 연료비 과다 지출로 인한 경제성 관련 문제이며 둘째는 배출가스로 인한 환경오염 문제이다. 특히 환경 오염 규제가 엄격해지는 추세이므로 이 규제를 만족하기 위한 여러 기술이 개발되고 있다. 하지만 경제성 / 환경오염의 두 가지 문제에 대한 근본적인 대안을 찾기 어려운 것이 현실이다.
본 발명의 실시예는, 경제성이 향상되고 환경오염을 저감하도록 구성된 선박용 보조 추진 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 부유 가능하며, 선박의 선미부에 분리 가능하게 결합되는 몸체; 상기 몸체에 설치되는 전기 모터; 상기 전기 모터에 의해 회전하여 추력을 제공하는 프로펠러; 및 상기 전기 모터에 공급되는 전기를 생산하는 태양광 발전부를 포함하는, 선박용 보조 추진 장치가 제공될 수 있다.
상기 태양광 발전부는, 상기 몸체의 후부와 연결되고, 부유 가능하다.
상기 태양광 발전부는, 전기를 생산하고, 부유 가능하며, 상호 연결된 다수의 태양광 발전 유니트를 포함하고, 상기 태양광 발전 유니트는 각각, 부유체; 및 상기 부유체에 탑재되는 태양전지모듈을 포함할 수 있다.
상기 몸체는 결합수단에 의해 상기 선박에 분리 가능하게 결합될 수 있다.
상기 몸체는 상하 방향으로 연장 형성된 제 1 몸체와 상기 제 1 몸체의 상단부에서 전방으로 연장된 제 2 몸체를 포함할 수 있다.
상기 선박의 선미부 상갑판에는 결합 돌기가 돌출 형성되고, 상기 제 2 몸체에는 상하 방향으로 연장되고, 상기 결합 돌기가 삽입되는 삽입홈이 형성될 수 있다.
상기 몸체에는 계류를 위한 계류 장치와, 흘수 조절을 위한 발라스트 장치가 탑재될 수 있다.
상기 전기 모터의 회전 속도를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 태양광 발전부의 발전량에 대응하여 동작 가능한 상기 전기 모터의 동작 회전 속도를 산출하고, 상기 전기 모터가 상기 동작 회전 속도로 동작하도록 상기 전기 모터를 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 전기 모터가 상기 동작 회전 속도로 회전할 때 상기 프로펠러가 제공하는 보조 추력을 산출하고, 상기 보조 추진 장치의 제 1 중량을 산출하고, 상기 보조 추력과 상기 제 1 중량을 상기 선박에 탑재된 자동제어시스템(IAS)으로 전송할 수 있다.
상기 자동제어시스템(IAS)는, 상기 선박의 제 2 중량을 산출하고, 상기 보조 추력, 상기 제 1 중량 및 상기 제 2 중량을 기초로 상기 선박 및 상기 선박용 보조 추진 장치의 결합체가 설정 속도로 운항하기 위해 상기 선박에 탑재된 메인 엔진이 동작해야 하는 동작 출력을 산출하고, 상기 메인 엔진이 상기 동작 출력으로 동작하도록 상기 메인 엔진을 제어할 수 있다.
상기 선박이 입항할 때, 상기 몸체는 상기 선박에서 분리되어 별도로 계류될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 보조 추력 장치가 선박에 결합된 상태에서 태양에너지를 이용하여 선박에 보조 추력을 제공함으로써, 선박을 운항하기 위해 필요한 연료 에너지를 저감할 수 있어 경제적이고, 친환경적이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보조 추진 장치를 나타내는 평면도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조 추진 장치를 나타내는 측면도이고,
도 3은 도 1의 AA 선에 따른 단면도이다. 도 4는 몸체와 선미부의 일 결합례를 나타내는 도면이고,
도 5는 몸체와 선미부의 다른 결합례를 나타내는 도면이고,
도 6 및 도 7은 몸체와 선미부의 또 다른 결합례를 나타내는 도면이고,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 보조 추진 장치의 제어부의 제어 동작을 설명하기 위한 도면이고,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부의 제어 프로세스를 나타내는 도면이고,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동제어시스템의 제어 프로세스를 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보조 추진 장치를 나타내는 평면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조 추진 장치를 나타내는 측면도이고, 도 3은 도 1의 AA 선에 따른 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 보조 추진 장치(10)는 선박(1)에 결합되어 보조적으로 추력을 제공하는 장치이다.
보조 추진 장치(10)는 몸체(100)와, 전기 모터(200)와, 프로펠러(300)와, 태양광 발전부(400)를 포함할 수 있다.
몸체(100)는 부유 가능하다. 몸체(100)에는 흘수 조절을 위한 발라스트 장치(미도시)가 탑재될 수 있다. 발라스트 장치를 제어하면 선박(1)에 대해 몸체(100)가 상하 방향(ex. Z축 방향)으로 운동할 수 있다.
몸체(100)에는 사이드 스러스터 장치(미도시)가 탑재될 수 있다. 사이드 스러스터 장치를 제어하면 선박(1)에 대해 몸체(100)가 좌우 방향(ex. Y축 방향)으로 운동할 수 있다.
몸체(100)에는 계류를 위한 계류 장치(510)가 탑재될 수 있다. 이러한 계류 장치(510)는 몸체(100)가 선박(1)과 결합된 경우에는 선박용 계류 장치로 사용될 수 있다. 또는 계류 장치(510)는 몸체(100)가 선박(1)과 분리된 경우에는 독자적으로 몸체(100)를 계류시킬 수 있다.
몸체(100)는 제 1 몸체(110)와 제 2 몸체(120)를 포함할 수 있다.
제 1 몸체(110)는 상하 방향(ex. Z축 방향)으로 연장 형성될 수 있다. 제 1 몸체(110)는 몸체(100)가 선미부(2)에 결합된 상태에서 선미부(2)의 트랜섬과 마주보도록 배치될 수 있다.
제 2 몸체(120)는 제 1 몸체(110)의 상단부에서 전방(ex. +X축 방향)으로 연장 형성될 수 있다. 몸체(100)가 선미부(2)에 결합된 상태에서 제 2 몸체(120)는 선미부(2)의 상간판과 마주보도록 배치될 수 있다.
몸체(100)는 결합수단에 의해 선박(1)에 분리 가능하게 결합될 수 있다.
일례로, 몸체(100)와 선미부(2)는 도 4와 같이 볼트 결합될 수 있다. 참고로 도 4는 몸체와 선미부의 일 결합례를 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 몸체(100)에는 선미부(2)와 볼트 결합되는 결합부(131)가 형성될 수 있다. 결합부(131)에 볼트(B)를 결합 시켜 조이면 몸체(100)는 선미부(2)에 결합되고, 결합부(131)에서 볼트(B)를 제거하면 몸체(100)는 선미부(2)에서 분리될 수 있다.
다른 예로, 몸체(100)와 선미부(2)는 도 5와 같이 자력에 의해 결합될 수 있다. 참고로 도 5는 몸체와 선미부의 다른 결합례를 나타내는 도면이다. 도 5를 참조하면, 전자석(140)은 몸체(100)와 선미부(2) 중 어느 하나인 몸체(100)에 설치될 수 있고, 전자석(140)이 온(ON) 동작하면 몸체(100)가 선미부(2)에 결합되고, 전자석(140)이 오프(OFF) 동작하면 몸체(100)가 선미부(2)에서 분리될 수 있다.
또 다른 예로, 도 6 및 도 7을 참조하면, 선미부(2)의 상갑판에는 결합 돌기(2a)가 돌출 형성되고, 제 2 몸체(120)에는 상하 방향(ex. Z축 방향)으로 연장되고 상기 결합 돌기(2a)가 삽입되는 삽입홀(151)이 형성될 수 있다. 참고로, 도 6 및 도 7은 몸체와 선미부의 또 다른 결합례를 나타내는 도면이다.
제 2 몸체(120)에 형성된 삽입홀(151)이 선미부(2)의 상갑판에 형성된 결합 돌기(2a)의 위에서 도 6과 같이 일렬로 배열된 상태에서 몸체(100)가 아래로 내려가면 결합 돌기(2a)는 도 7과 같이 삽입홀(151)에 삽입될 수 있다.
이후, 도 7을 참조하면, 결합 돌기(2a)가 삽입홀(151)에서 이탈하는 것을 방지하기 위한 이탈 방지 수단이 제공될 수 있다. 이탈 방지 수단은 고정 핀(P)일 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
삽입홀(151)과 결합 돌기(2a)가 일렬로 배열하기 위해, 몸체(100)에 탑재된 발라스트 장치(미도시), 사이드 스러스터(미도시), 그리고 후술하는 프로펠러(300) 등이 사용될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 전기 모터(200)는 몸체(100)에는 설치될 수 있다. 예컨대, 전기 모터(200)는 제 2 몸체(120)의 하부에 배치될 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
프로펠러(300)는 몸체(100)의 하부 후방에 배치될 수 있다. 프로펠러(300)는 전기 모터(200)로부터 회전력을 전달받아 회전하며 추력을 제공한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 태양광 발전부(400)는 전기 모터(200)에서 제공되는 전기를 생산한다.
일례로, 태양광 발전부(400)는 도 1 및 도 2와 같이 몸체(100)의 후부와 연결되고 부유 가능하게 제공될 수 있다. 이때, 태양광 발전부(400)는 몸체(100)의 후방에 배치될 수 있다.
태양광 발전부(400)는 전기를 생산하고, 부유 가능한, 적어도 하나의 태양광 발전 유니트(401)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 태양광 발전 유니트(401)는 도 1 및 도 2와 같이 복수로 제공될 수 있다.
복수의 태양광 발전 유니트(401)는 각각 부유체(410)와 태양전지모듈(420)을 포함할 수 있다.
부유체(410)는 후술하는 태양전지모듈(420)을 지지한다. 부유체(410)는 도 3과 같이 쌍동선 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 부유체(410)에 의한 저항을 최소화하면서 안정적인 자세를 유지할 수 있다.
부유체(410)의 상부에는 태양전지모듈(420)이 탑재될 수 있다. 태양전지모듈(420)은 태양광을 흡수하여 전기를 생산하는 다수의 태양전지를 포함한다.
다수의 태양광 발전 유니트(401)는 상호 링크(440)에 의해 연결될 수 있다. 링크(440)와 태양광 발전 유니트(401)의 연결 조인트는 후크 조인트 또는 유니버설 조인트와 같은 형태를 가질 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
태양광 발전 유니트(401)의 개수에 따라 발전량이 달라질 수 있다.
다수의 태양광 발전 유니트(401)를 포함하는 태양광 발전부(400)는 링크(450)에 의해 몸체(100)에 연결될 수 있다. 링크(450)와 몸체(100)의 연결 조인트 그리고 링크(450)와 태양광 발전부(400)의 연결 조인트는 후크 조인트 또는 유니버설 조인트와 같은 형태를 가질 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
한편, 다른 예로, 태양광 발전부는 도시되지 않았으나 몸체(100)에 탑재될 수 있다. 이때, 태양광 발전부는 태양전지모듈을 포함할 수 있다.
위와 같은 본 실시예에 따른 보조 추진 장치(10)는 선박(1)에 결합된 상태에서 태양에너지를 이용하여 선박(1)에 보조 추력을 제공함으로써, 선박(1)을 운항하기 위해 필요한 연료 에너지를 저감할 수 있어 경제적이고, 친환경적이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 보조 추진 장치의 제어부의 제어 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 1 및 도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 보조 추진 장치(10)는 제어부(600)를 더 포함할 수 있다. 제어부(600)는 몸체(100)에 탑재될 수 있다.
제어부(600)는 태양광 발전부(400)의 발전량과, 전기 모터(200)의 회전 속도와, 몸체(100)에 형성된 발라스트 탱크(미도시)에 저장된 발라스트 수의 저장량을 제어할 수 있다.
예컨대, 제어부(600)는 태양에 대한 태양전지모듈(420)의 입사각을 제어하는 방식으로 태양광 발전부(400)의 발전량을 제어할 수 있다.
제어부(600)는 전기 모터(200)에 인가되는 전류 또는 전압을 제어하는 방식으로 전기 모터(200)의 회전 속도를 제어할 수 있다. 전기 모터(200)의 회전 속도는 프로펠러(300)가 생성하는 보조 추력과 비례한다.
제어부(600)는 발라스트 펌프(163)를 제어하는 방식으로 발라스트 탱크에 저장된 발라스트 수의 저장량을 제어할 수 있다.
제어부(600)는 태양광 발전부(400)로부터 발전량 정보를 수신할 수 있다. 그리고 제어부(600)는 전기 모터(200)로부터 회전 속도 정보를 수신할 수 있다. 그리고 제어부(600)는 발라스트 탱크 내에 설치된 수위 센서(161) 등으로부터 발라스트 수의 저장량을 수신할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부의 제어 프로세스를 나타내는 도면이다. 도 1, 도 8 및 도 9를 참조하면, 제어부(600)는 태양광 발전부(400)의 발전량에 대응하여 동작 가능한 전기 모터(200)의 동작 회전 속도를 산출할 수 있다(S110).
제어부(600)는 전기 모터(200)가 상기 동작 회전 속도로 동작하도록 전기 모터(200)를 제어할 수 있다(S120).
제어부(600)는 전기 모터(200)가 동작 회전 속도로 회전할 때 프로펠러(300)가 제공하는 보조 추력을 산출할 수 있다(S130). 예컨대, 제어부(600)는 프로펠러(300)의 회전 속도별 추력에 관한 실험 데이터를 기초로 전기 모터(200)가 동작 회전 속도록 회전할 때 프로펠러(300)가 제공하는 보조 추력을 산출할 수 있다.
제어부(600)는 보조 추진 장치(10)의 제 1 중량을 산출할 수 있다(S140). 제 1 중량은 몸체(100)의 자체 중량, 몸체(100)에 탑재된 장비들의 중량, 몸체(100)에 저장된 발라스트 수의 중량, 태양광 발전부(400)의 자체 중량 등을 합산하여 산출될 수 있다.
여기서, 몸체(100)의 자체 중량, 몸체(100)에 탑재된 장비들의 중량 및 태양광 발전부(400)의 자체 중량 등에 대한 정보는 이미 확정되어 저장부(170)에 저장될 수 있고, 몸체(100)에 저장된 발라스트 수의 중량은 몸체(100)에 형성된 발라스트 탱크 내에 배치된 수위 센서(161) 등을 이용하여 계산될 수 있다.
제어부(600)는 보조 추력과 제 1 중량을 선박(1)에 탑재된 자동제어시스템(IAS)(5)로 전송할 수 있다(S150).
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동제어시스템의 제어 프로세스를 나타내는 도면이다. 도 1, 도 8 및 도 10을 참조하면, 자동제어시스템(5)은 선박(1)의 제 2 중량을 산출할 수 있다(S210). 제 2 중량은 선박(1)의 자체 중량, 선박(1)에 적재된 화물 중량, 선박(1)에 저장된 발라스트 수의 중량 등을 합산하여 산출될 수 있다.
여기서, 선박(1)의 자체 중량, 선박(1)에 적재된 화물 중량 등에 대한 정보는 이미 확정되어 저장부(미도시)에 저장될 수 있고, 선박(1)에 저장된 발라스트 수의 중량은 선박(1)에 형성된 발라스트 탱크(미도시) 내에 배치된 수위 센서(미도시) 등을 이용하여 계산될 수 있다.
자동제어시스템(5)는 보조 추력, 제 1 중량 및 제 2 중량을 기초로 선박(1) 및 보조 추진 장치(10)의 결합체가 설정 속도로 운항하기 위해 선박(1)에 탑재된 메인 엔진(미도시)이 동작해야 하는 동작 출력을 산출할 수 있다(S220).
보다 상세히, 자동제어시스템(5)은 제 1 중량 및 제 2 중량을 합한 총 중량을 가지는 선박(1) 및 보조 추진 장치(10)의 결합체가 설정 속도로 운항하기 위해 요구되는 총 추력을 산출할 수 있다.
자동제어시스템(5)은 총 추력에서 보조 추력을 뺀 메인 추력을 산출할 수 있다. 자동제어시스템(5)은 선박 프로펠러(3)가 메인 추력을 제공하도록 메인 엔진의 동작 출력을 산출할 수 있다. 예컨대, 자동제어시스템(5)은 메인 엔진의 출력별 선박 프로펠러(3)의 추력에 관한 실험 데이터를 기초로 선박 프로펠러(3)가 메인 추력을 제공하기 위한 메인 엔진의 동작 출력을 산출할 수 있다.
자동제어시스템(5)은 메인 엔진이 동작 출력으로 동작하도록 메인 엔진을 제어할 수 있다(S230).
위와 같은 제어부(600) 및 자동제어시스템(5)의 제어 메커니즘에 의해 선박(1) 및 보조 추진 장치(10)의 결합체는 설정 속도로 운항할 수 있다. 이 과정에서 선박(1)의 메인 엔진에서 소비되는 에너지가 저감될 수 있어 경제성이 향상될 수 있다.
본 실시예에 따른 보조 추진 장치(10)는 선박(1)이 운항 중 선박(1)과 결합되어 보조 추력을 제공한다. 그리고 보조 추진 장치(10)는 선박(1)이 입항 할 때 선박(1)에서 분리되어 계류될 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
1 : 선박
2 : 선미부
3 : 선박 프로펠러
5 : 자동제어시스템(IAS)
10 : 보조 추력 장치
100 : 몸체
110 : 제 1 몸체
120 : 제 2 몸체
200 : 전기 모터
300 : 프로펠러
400 : 태양광 발전부
401 : 태양광 발전 유니트
410 : 부유체
420 : 태양전지모듈
510 : 계류 장치
600 : 제어부

Claims (6)

  1. 부유 가능하며, 선박의 선미부에 분리 가능하게 결합되는 몸체;
    상기 몸체에 설치되는 전기 모터;
    상기 전기 모터에 의해 회전하여 추력을 제공하는 프로펠러;
    상기 전기 모터에 공급되는 전기를 생산하는 태양광 발전부; 및
    상기 전기 모터의 회전 속도를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 태양광 발전부의 발전량에 대응하여 동작 가능한 상기 전기 모터의 동작 회전 속도를 산출하고,
    상기 전기 모터가 상기 동작 회전 속도로 동작하도록 상기 전기 모터를 제어하고,
    상기 전기 모터가 상기 동작 회전 속도로 회전할 때 상기 프로펠러가 제공하는 보조 추력을 산출하고,
    상기 보조 추진 장치의 제 1 중량을 산출하고,
    상기 보조 추력과 상기 제 1 중량을 상기 선박에 탑재된 자동제어시스템(IAS)으로 전송하고,
    상기 자동제어시스템(IAS)는,
    상기 선박의 제 2 중량을 산출하고,
    상기 보조 추력, 상기 제 1 중량 및 상기 제 2 중량을 기초로 상기 선박 및 상기 선박용 보조 추진 장치의 결합체가 설정 속도로 운항하기 위해 상기 선박에 탑재된 메인 엔진이 동작해야 하는 동작 출력을 산출하고,
    상기 메인 엔진이 상기 동작 출력으로 동작하도록 상기 메인 엔진을 제어하는, 선박용 보조 추진 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 태양광 발전부는,
    부유체; 및
    상기 부유체에 탑재되는 태양전지모듈을 포함하는, 선박용 보조 추진 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 몸체는 상하 방향으로 연장 형성된 제 1 몸체와 상기 제 1 몸체의 상단부에서 전방으로 연장된 제 2 몸체를 포함하고,
    상기 선박의 선미부 상갑판에는 결합 돌기가 돌출 형성되고,
    상기 제 2 몸체에는 상하 방향으로 연장되고, 상기 결합 돌기가 삽입되는 삽입홈이 형성되는, 선박용 보조 추진 장치.
    상기 메인 엔진이 상기 동작 출력으로 동작하도록 상기 메인 엔진을 제어하는, 선박용 보조 추진 장치.
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  5. 삭제
  6. 삭제
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