KR102314973B1 - Hybrid propulsion vessel with shaft generator and battery - Google Patents
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Abstract
본 발명은 메인엔진(10)을 지닌 하이브리드 추진선박에 있어서: 상기 메인엔진(10)에 전력생성(PTO)과 동력부가(PTI)가 가능하도록 탑재되는 축계발전기(30); 상기 메인엔진(10)에 전력으로 구동 가능하도록 탑재되는 과급기(40); 및 상기 메인엔진(10)의 최적부하 조건을 만족하도록 배터리(55)의 입출력을 제어하는 제어기(50);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명은 SG(shaft generator)에 대한 PTO-PTI를 기반으로 하여 각종 전기ㆍ기계적 부하 조건에 대응한 하이브리드 선박 추진의 효율성을 높이는 효과가 있다.The present invention relates to a hybrid propulsion ship having a main engine (10): a shaft generator (30) mounted to the main engine (10) to enable power generation (PTO) and power addition (PTI); a supercharger 40 mounted to the main engine 10 so as to be driven by electric power; and a controller (50) for controlling input/output of the battery (55) to satisfy the optimum load condition of the main engine (10).
Accordingly, the present invention has an effect of increasing the efficiency of the hybrid ship propulsion in response to various electrical and mechanical load conditions based on the PTO-PTI for the SG (shaft generator).
Description
본 발명은 하이브리드 추진 선박에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 SG(shaft generator)에 대한 PTO-PTI를 기반으로 하여 각종 부하 조건에 대응한 엔진의 효율적인 운용이 가능한 축계발전기와 축전지를 이용한 하이브리드 추진선박에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid propulsion ship, and more specifically, a hybrid propulsion ship using a shaft generator and a storage battery capable of efficiently operating an engine in response to various load conditions based on PTO-PTI for a shaft generator (SG). is about
환경규제의 강화나 원유가 상승 등의 요인으로 환경성능이나 연비가 좋은 선박에 대한 요구가 증가되는 추세이다. 이는 결국 화석연료 사용을 축소하기 위한 노력으로 이어지고 있으나, 태양광, 풍력, 연료전지를 접목한 하이브리드 기술은 아직 초기 단계에 있다.Demand for ships with good environmental performance and fuel efficiency is increasing due to factors such as strengthening environmental regulations or rising crude oil prices. This eventually leads to efforts to reduce the use of fossil fuels, but hybrid technology that combines solar power, wind power and fuel cells is still in its infancy.
이외에 하이브리드 선박과 관련되어 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서 한국 공개특허공보 제2014-0137677호(선행문헌 1), 한국 등록특허공보 제1258941호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.In addition, as prior art documents that can be referenced in relation to hybrid ships, Korean Patent Application Laid-Open No. 2014-0137677 (Prior Document 1), Korean Patent Publication No. 1258941 (Prior Document 2), and the like are known.
선행문헌 1은 보기엔진 발전부와 샤프트축 발전부에서 각각 생산하는 전력을 선택 또는 병합하여 상기 부하에 공급함으로써, 메인엔진의 샤프트축 회전력을 이용함과 동시에 샤프트축의 다양한 회전수 영역에서 전력 공급이 가능하도록 하고, 또한 보기엔진 발전부와 샤프트축 발전부의 상호 보완으로 전력 공급의 효율성과 안정성을 향상시키는 효과를 기대한다.Prior Document 1 selects or merges the power produced by the bogie engine power generation unit and the shaft shaft power generation unit, respectively, and supplies it to the load, so that it is possible to use the shaft shaft rotational force of the main engine and supply power in various rotational speed regions of the shaft shaft at the same time Also, the effect of improving the efficiency and stability of power supply is expected by complementing the bogie engine power generation part and the shaft shaft power generation part.
선행문헌 2는 추력축이 통과되어 결합되며, 추력축에 회전동력을 제공하는 전기모터; 전기모터와는 이격된 위치에서 추력축과 연결되며, 추력축에 회전동력을 제공하는 내연기관 엔진; 및 추력축, 전기모터 및 내연기관엔진과 연결되며, 제공되는 회전동력을 선택적으로 전환시키는 회전동력 전환유닛을 포함한다. 이에 따라, 단순한 구조를 가지기 때문에 효율적으로 설치할 수 있고 내연기관 엔진을 갖는 기존선에 적용 시 개조가 용이한 효과를 기대한다.Prior Document 2 is an electric motor coupled through a thrust shaft, and providing rotational power to the thrust shaft; an internal combustion engine engine connected to the thrust shaft at a position spaced apart from the electric motor and providing rotational power to the thrust shaft; and a rotation power conversion unit connected to the thrust shaft, the electric motor, and the internal combustion engine engine, and selectively converting the rotation power provided. Accordingly, since it has a simple structure, it can be installed efficiently, and when applied to an existing ship having an internal combustion engine engine, an effect of easy modification is expected.
그러나, 상기한 선행문헌에 의하면 추력 샤프트에서 발생한 전력으로 부하를 구동하거나 추력 샤프트에 복수의 동력을 선택적으로 인가하는 일방향 방식이므로 각종 부하변동에 따른 하이브리드 효율성을 높이기에 한계성을 나타낸다.However, according to the above-mentioned prior literature, since it is a one-way method of driving a load with power generated from the thrust shaft or selectively applying a plurality of power to the thrust shaft, there is a limitation in increasing hybrid efficiency according to various load variations.
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, SG(shaft generator)에 대한 PTO-PTI를 기반으로 하여 각종 전기ㆍ기계적 부하 조건에 대응한 하이브리드 선박 추진의 효율성을 높이는 축계발전기와 축전지를 이용한 하이브리드 추진선박을 제공하는 데 있다.An object of the present invention for improving the conventional problems as described above, based on PTO-PTI for SG (shaft generator), a shaft generator to increase the efficiency of hybrid ship propulsion in response to various electrical and mechanical load conditions An object of the present invention is to provide a hybrid propulsion ship using a storage battery.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 메인엔진을 지닌 하이브리드 추진선박에 있어서: 상기 메인엔진에 전력생성(PTO)과 동력부가(PTI)가 가능하도록 탑재되는 축계발전기; 상기 메인엔진에 전력으로 구동 가능하도록 탑재되는 과급기; 및 상기 메인엔진의 최적부하 조건을 만족하도록 배터리의 입출력을 제어하는 제어기;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention in a hybrid propulsion ship having a main engine: a shaft generator mounted to enable power generation (PTO) and power addition (PTI) to the main engine; a supercharger mounted to the main engine to be driven by electric power; and a controller for controlling input/output of the battery to satisfy the optimum load condition of the main engine.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 과급기는 전력 생성 기능을 부가하도록 모터-발전기를 구비하는 것을 특징으로 한다.As a detailed configuration of the present invention, the supercharger is characterized in that it is provided with a motor-generator to add a power generation function.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어기는 메인엔진의 최적부하 범위에 미달하면 축계발전기의 전력을 배터리에 입력하여 충전하고, 최적부하 범위를 초과하면 배터리의 전력으로 부하를 분담하는 것을 특징으로 한다.As a detailed configuration of the present invention, when the controller is less than the optimum load range of the main engine, the power of the shaft generator is input to the battery to be charged, and when the optimum load range is exceeded, the load is shared with the power of the battery. .
이때, 상기 제어기는 보조부하로서 메인엔진의 급기용 보조블로워에 대한 구동을 포함하는 것을 특징으로 한다.At this time, the controller is characterized in that it comprises a drive for the auxiliary blower for supply air of the main engine as an auxiliary load.
본 발명의 변형예로서, 상기 제어기는 메인엔진의 부하 조건에 대응하여 BOG유니트에 대한 제어를 실행하는 것을 특징으로 한다.As a modified example of the present invention, the controller executes control of the BOG unit in response to a load condition of the main engine.
이상과 같이 본 발명에 의하면, SG(shaft generator)에 대한 PTO-PTI를 기반으로 하여 각종 전기ㆍ기계적 부하 조건에 대응한 하이브리드 선박 추진의 효율성을 높이는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, based on the PTO-PTI for the shaft generator (SG), there is an effect of increasing the efficiency of the hybrid ship propulsion in response to various electrical and mechanical load conditions.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 추진선박의 주요부 연결 상태를 나타내는 블록도1 is a block diagram showing a main part connection state of a hybrid propulsion ship according to the present invention;
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail based on the accompanying drawings.
본 발명은 메인엔진(10)을 지닌 하이브리드 추진선박에 관하여 제안한다. 메인엔진(10)은 샤프트(12)를 통하여 프로펠러(15)를 구동하는 추진용 기관이다. 하이브리드 선박은 하이브리드 자동차의 모터/배터리 운용방식에 착안하면서 최적의 운용시스템을 통한 에너지 효율향상을 도모한다. 메인엔진(10)은 2행정 기관 또는 4행정 기관에 모두 적용된다.The present invention proposes with respect to a hybrid propulsion ship having a main engine (10). The
본 발명에 따르면 축계발전기(30)가 상기 메인엔진(10)에 전력생성(PTO)과 동력부가(PTI)가 가능하도록 탑재되는 구조이다. 축계발전기(30)는 기본적으로 교류발전기의 기능을 수행하며 이에 더하여 모터의 기능으로 전환되는 구조이다. 발전 기능은 PTO(Power Take Out) 모드에서 전력을 생산하고, 모터 기능은 PTI(Power Take In) 모드에서 샤프트(12)에 동력을 인가한다. 발전기 전력은 후술하는 배터리(55)에 저장되고, 모터의 동력은 배터리(55)에 저장된 전력을 사용한다.According to the present invention, the
또, 본 발명에 따르면 과급기(40)가 상기 메인엔진(10)에 전력으로 구동 가능하도록 탑재되는 구조이다. 과급기(40)는 메인엔진(10)의 배기가스에서 터빈(41)으로 받은 에너지로 동축 상의 컴프레서(42)를 구동하여 연소공기 흡입량을 증대한다. 이와 같은 과급기(40)의 축에 모터를 부착하여 배터리(55)로 동력을 인가하면 메인엔진(10)의 출력이나 효율 증대를 도모할 수 있다.In addition, according to the present invention, the
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 과급기(40)는 전력 생성 기능을 부가하도록 모터-발전기(45)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 과급기(40)의 축에 모터-발전기(45)를 부착하면 메인엔진(10)의 고속운전 영역에서 컴프레서(42)의 소요 동력을 초과하는 터빈(41)의 발생 동력을 전기에너지로 변환하여 배터리(55)에 저장할 수 있다. 모터-발전기(45)는 모터와 발전기를 분리하여 장착할 수 있으며, 이 경우 전자클러치(도시 생략)를 개재하여 동력전달을 단속한다.As a detailed configuration of the present invention, the supercharger (40) is characterized in that it is provided with a motor-generator (45) to add a power generation function. When the motor-
또, 본 발명에 따르면 제어기(50)가 상기 메인엔진(10)의 최적부하 조건을 만족하도록 배터리(55)의 입출력을 제어하는 것을 특징으로 한다. 제어기(50)는 설정된 알고리즘으로 메인엔진(10)의 운전상태를 모니터링하고 연료분사 등의 제어를 수행한다. 배터리(55)는 내염수성과 방수성을 지닌 고전압 방식을 사용한다. 메인엔진(10)의 최적부하 조건의 일예로 전부하 대비 70% 내외로 설정할 수 있다. 제어기(50)는 rpm센서 등을 통한 신호로 최적부하 조건을 감지한다.In addition, according to the present invention, it is characterized in that the
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어기(50)는 메인엔진(10)의 최적부하 범위에 미달하면 축계발전기(30)의 전력을 배터리(55)에 입력하여 충전하고, 최적부하 범위를 초과하면 배터리(55)의 전력으로 부하를 분담하는 것을 특징으로 한다. 만일 최적의 추진부하가 70% 조건이고 현재 40% 정도의 추진부하로 운항하는 경우라면 축계발전기(30)를 통하여 약 30%의 부하를 전기에너지로 변환하여 배터리(55)에 저장할 수 있다. 반대로 80% 정도의 추진부하가 소요되는 경우라면 배터리(55)의 전력을 축계발전기(30)에 인가하여 10%의 동력을 부여한다. 물론 이 과정에서 제어기(50)는 과급기(40)의 모터-발전기(45)에 대한 제어를 병행한다.As a detailed configuration of the present invention, when the
이때, 상기 제어기(50)는 보조부하(20)로서 메인엔진(10)의 급기용 보조블로워에 대한 구동을 포함하는 것을 특징으로 한다. 보조블로워(auxiliary blower)는 메인엔진(10)의 저부하 운전시에 급기를 수행하여 완전연소에 의한 매연발생 억제를 도모한다. 제어기(50)는 보조블로워를 비롯한 보조부하(20)의 구동에 배터리(55)의 전원을 사용한다. 보조부하(20)는 메인엔진(10)의 작동에 직접 관련되는 것에 한정되지 않고 기관실 송풍기, 조명 등을 포함할 수 있다.At this time, the
본 발명의 변형예로서, 상기 제어기(50)는 메인엔진(10)의 부하 조건에 대응하여 BOG유니트(35)에 대한 제어를 실행하는 것을 특징으로 한다. 통상 LNGC의 경우 BOG(Boil Off Gas)를 연료로 사용한다. BOG 잉여 량 발생시 GCU(Gas Combustion unit)에 연소하여 폐기하고 부족분이 발생시 LNG를 강제 기화시켜 연료로 사용한다. 어느 경우에나 제어기(50)는 BOG 잉여 시 폐기량을 줄이기 위해 메인엔진(10)의 부하를 증가시켜 축계발전기(30)를 통해 배터리(55)에 축전하고, 연료로 사용할 BOG 부족 시 배터리(55)에 저장된 전기를 축계발전기(30)의 모터를 구동하여 엔진부하를 떨어뜨려 LNG 강제기화를 줄일 수 있다. 즉, BOG 조절 및 사용 연료소모량을 줄일 수 있다.As a modified example of the present invention, the
한편, 제어기(50)는 배터리(55)의 충전상태에 대응하여 보조발전기(25)의 발전량을 증감한다.Meanwhile, the
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.The present invention is not limited to the described embodiments, and it is apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Accordingly, it should be said that such variations or modifications fall within the scope of the claims of the present invention.
10: 메인엔진 12: 샤프트
15: 프로펠러 20: 보조부하
25: 보조발전기 30: 축계발전기
35: BOG유니트 40: 과급기
41: 터빈 42: 컴프레서
45: 모터-발전기 50: 제어기
55: 배터리10: main engine 12: shaft
15: propeller 20: auxiliary load
25: auxiliary generator 30: shaft generator
35: BOG unit 40: supercharger
41: turbine 42: compressor
45: motor-generator 50: controller
55: battery
Claims (5)
상기 메인엔진(10)에 전력생성(PTO)과 동력부가(PTI)가 가능하도록 탑재되는 축계발전기(30);
상기 메인엔진(10)에 배터리(55)의 전력으로 구동 가능하도록 탑재되는 과급기(40); 및
상기 메인엔진(10)의 최적부하 조건을 만족하도록 배터리(55)의 입출력을 제어하는 제어기(50);를 포함하되,
상기 과급기(40)는 전력 생성 기능을 부가하도록 모터-발전기(45)를 구비하고,
상기 제어기(50)는 메인엔진(10)의 최적부하 범위에 미달하면 축계발전기(30)의 전력을 배터리(55)에 입력하여 충전하고, 최적부하 범위를 초과하면 배터리(55)의 전력으로 부하를 분담하며,
상기 제어기(50)는 메인엔진(10)의 부하 조건에 대응하여 BOG유니트(35)에 대한 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 축계발전기와 축전지를 이용한 하이브리드 추진선박.In a hybrid propulsion vessel with a main engine (10):
A shaft generator 30 mounted to the main engine 10 to enable power generation (PTO) and power addition (PTI);
a supercharger 40 mounted to the main engine 10 so as to be driven by power of a battery 55; and
A controller 50 for controlling the input and output of the battery 55 to satisfy the optimum load condition of the main engine 10;
The supercharger 40 is provided with a motor-generator 45 to add a power generation function,
When the controller 50 is less than the optimum load range of the main engine 10, the power of the shaft generator 30 is input to the battery 55 to be charged, and when it exceeds the optimum load range, the power of the battery 55 is used. share the load,
The controller (50) is a hybrid propulsion ship using a shaft generator and a storage battery, characterized in that to execute the control for the BOG unit (35) in response to the load condition of the main engine (10).
상기 제어기(50)는 보조부하(20)로서 메인엔진(10)의 급기용 보조블로워에 대한 구동을 포함하는 것을 특징으로 하는 축계발전기와 축전지를 이용한 하이브리드 추진선박.The method according to claim 1,
The controller (50) is a hybrid propulsion ship using a shaft generator and a storage battery, characterized in that it comprises a drive for the auxiliary blower for supply air of the main engine (10) as an auxiliary load (20).
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