KR102316379B1 - 선박 구동 시스템 및 그의 작동 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2개의 파워 트레인들(3, 4)을 갖는 선박 구동 시스템(2)에 관한 것이다. 각각의 파워 트레인(3, 4)은 프로펠러 샤프트(31, 41)와, 프로펠러 샤프트(31, 41)를 구동하기 위한, 내연기관으로서 형성된 주 구동부(33, 43)와, 선택적으로 프로펠러 샤프트(31, 41)의 구동부로서 작동 가능하거나 프로펠러 샤프트(31, 41)에 의해 제너레이터로서 구동되어 작동 가능한, 회전식 전동기로서 형성된 보조 구동부(35, 45)를 포함한다. 보조 구동부(35, 45)는, 제1 보조 구동부(35, 45)가 전기 에너지를 생성하기 위해 제너레이터로서 주 구동부(33, 43)에 의해 직접 구동된 제1 프로펠러 샤프트(31, 41)의 회전으로부터 작동되고, 제2 보조 구동부(35, 45)는 제1 보조 구동부(35, 45)에 의해 구동되는 제2 프로펠러 샤프트(31, 41)의 구동부로서 작동됨으로써, 양 프로펠러 샤프트들(31, 41)이 정확히 하나의 주 구동부(33, 43)에 의해 실행된 작동만으로 구동될 수 있는 방식으로 설계되고 연결된다.

Description

선박 구동 시스템 및 그의 작동{DRIVING SYSTEM OF SHIP AND ITS OPERATION}

본 발명은 2개의 파워 트레인들을 갖는 선박 구동 시스템과 상기 유형의 구동 시스템을 작동하기 위한 방법에 관한 것이다.

대양 너머로 화물을 운송하는 것은 경기에 따른 양상들 외에도 실질적으로 운송 비용에 따라 이루어진다. 운송 비용을 절감하기 위해, 예컨대 사용되는 선박들은 점점 커지고, 이들 선박들은 작은 선박들에 비해 더 긴 정박 시간이 보상되어야 하면서, 이른바 효율을 높이기 위한 "그린 솔루션 기술"을 갖추고 있다. 경기 침체 중에 이러한 선박들을 효율적으로 개장할 여유는 매우 적다. 게다가, 운송 비용을 절감하기 위해, 이른바 "슬로우-스티밍(Slow-Steaming)," 다시 말해 연료 절약을 목적으로 하는 속도가 저하된 목표 운행은 점점 더 널리 퍼지고 있다. 예컨대 유럽으로부터 아시아로의 경로에서, 어떠한 화물도 적재되지 않거나 비싼 소수 화물들만 적재된 경우에 컨테이너 선박들의 속도는 감소된다. 그러나 선박들이 이러한 작동점들을 위해 설계되지 않으면, 상기 선박들의 연료 소비율이 증가되는데, 그 이유는 구동 기계들이 이들의 최적의 작동 영역에서 작동되지 않기 때문이다. 즉, 2개의 파워 트레인들을 갖는 선박의 경우 양 주 구동 기계들은 이들의 장점들의 일부를 이용하지 못한 채로 낭비된다. 또한, 이러한 낭비분은 성능 감소 때문에 전기 에너지로서 전기 시스템 내로 재공급될 수 없거나, 불충분하게만 재공급될 수 있다.

본 발명의 과제는, 2개의 파워 트레인들을 갖는 선박의 향상된 구동 시스템과, 상기 유형의 구동 시스템을 작동하기 위한 방법을 제시하는 것이다.

이러한 과제는 본 발명에 따라 구동 시스템에 관해서는 청구항 제1항의 특징들에 의해, 그리고 상기 방법에 관해서는 청구항 제10항의 특징들에 의해 해결된다.

본 발명의 바람직한 실시예들은 종속항들의 대상이다.

본 발명에 따른 선박 구동 시스템은 2개의 파워 트레인들을 포함한다. 이때, 각각의 파워 트레인은 프로펠러 샤프트, 프로펠러 샤프트를 구동하기 위한 내연기관으로서 형성된 주 구동부, 및 선택적으로 프로펠러 샤프트의 구동부로서 작동 가능하거나 프로펠러 샤프트에 의해 제너레이터로서 구동되어 작동 가능한 회전식 전동기로서 형성된 보조 구동부를 포함한다. 보조 구동부는, 제1 보조 구동부가 전기 에너지를 생성하기 위해 제너레이터로서 주 구동부에 의해 직접 구동된 제1 프로펠러 샤프트의 회전으로부터 작동되고, 제2 보조 구동부는 제1 보조 구동부에 의해 구동되는 제2 프로펠러 샤프트 구동부로서 작동됨으로써, 양 프로펠러 샤프트들이 정확히 하나의 주 구동부에 의해 실행된 작동만으로 구동될 수 있는 방식으로 설계되고 연결된다.

즉, 2개의 파워 트레인들을 구비한 선박의 본 발명에 따른 구동 시스템은 제1 프로펠러 샤프트가 직접 주 구동부에 의해 구동되고, 제2 프로펠러 샤프트는, 보조 구동부에 의해 제1 프로펠러 샤프트의 회전으로부터 생성되어 제2 프로펠러 샤프트를 구동하는 데에 이용되는 전기 에너지에 의해 구동됨으로써, 단 하나의 주 구동부에 의해 발생된 출력에 의해 양 프로펠러 샤프트들을 구동시킬 수 있다. 이로 인해, 저속 시에 양 프로펠러 샤프트들이 단 하나의 주 구동부에 의해 구동될 수 있음으로써, 구동 시스템이 상응하게 설계되는 경우에 저속 시 구동 시스템의 효율은 양 주 구동부들에 의한 작동에 비해 향상되고, 연료 소비율은 감소될 수 있다. 또한, 이는 구동 시스템을 유지 보수하기 위한 유지 보수 요건과 유지 보수 비용도 감소시키는데, 그 이유는 주 구동부의 마모가 바람직한 작동점들에서의 작동 중에는 바람직하지 않은 작동점들에서의 작동에 비해 감소되고, 하나의 주 구동부에는 적어도 일시적으로 전혀 부하가 가해지지 않는다. 마지막으로, 양 주 구동부들 중 단 하나의 주 구동부에 의한 선박의 구동 가능성에 의해 구동 시스템의 리던던시(redundancy) 및 이로 인한 선박의 작동 안전성도 증가된다.

본 발명의 일 구현예에는, 주 구동부의 배기가스로부터 전기 에너지를 획득하기 위한 하나 이상의 에너지 획득 장치가 제공된다.

주 구동부의 배기가스로부터 전기 에너지를 획득하는 것은 본 발명에 따른 구동 시스템의 경우 특히 바람직한데, 그 이유는 저속 시에 단 하나의 주 구동부에 의한 선박의 구동은 구동 시스템의 효율을 향상시킬 뿐 아니라, 저속 시에 배기가스로부터 획득될 수 있는 에너지가, 선박을 구동하는 데에 이용된 주 구동부의 더 높은 회전수로 인해 증가되기 때문이다.

이때 바람직하게, 하나 이상의 에너지 획득 장치에 의해 배기가스로부터 획득된 에너지는 선박의 전기 시스템 내로 공급될 수 있다.

이로 인해 배기가스로부터 획득된 에너지가 바람직하게 전기 시스템에 공급을 위해 이용될 수 있다.

본 발명의 추가의 일 구현예에서, 각각의 파워 트레인은, 보조 구동부에 공급되고 상기 보조 구동부에 의해 생성된 교류 전압의 주파수를 변경할 수 있는, 보조 구동부에 할당된 주파수 변환 장치를 구비하는 것과, 각각의 보조 구동부가 주파수 변환 장치를 통해 다른 보조 구동부를 구동하는 제너레이터로서 작동될 수 있는 것이 제공된다.

이러한 본 발명의 구현예는, 각각 다른 프로펠러 샤프트를 전기적으로 구동하기 위한 프로펠러 샤프트의 회전 에너지를 이용하기 위해, 주파수 변환 장치를 통한 보조 구동부들의 결합을 가능하게 한다.

구동 시스템이 주파수 변환 장치들에 추가로, 주 구동부의 배기가스로부터 전기 에너지를 획득하기 위한 하나 이상의 에너지 획득 장치를 구비하면, 하나 이상의 에너지 획득 장치에 의해 배기가스로부터 획득된 에너지는 바람직하게 주파수 변환 장치에 할당된 보조 구동부를 구동하기 위해 하나 이상의 주파수 변환 장치에 공급될 수 있다.

이로 인해 배기가스로부터 획득된 에너지는 바람직하게 프로펠러 샤프트를 구동하기 위해서도 이용될 수 있다.

보조 구동부들에 할당된 주파수 변환 장치들을 갖는 구동 시스템의 추가의 일 구현예에서, 각각의 보조 구동부에 할당 주파수 변환 장치를 통해 전기 에너지가 선박의 전기 시스템으로부터 공급될 수 있는 것이 제공된다.

이는, 전기 시스템으로부터의 에너지를 선박을 구동하기 위해 이용하는 것을 가능하게 하고, 이로 인해 구동 출력을 차등화하여 여러 가지 구성요소들에 분배하며, 효율을 추가로 최적화할 수 있는 가능성을 넓힌다. 특히 전기 시스템으로부터의 에너지가 바람직하게 주 구동부에 의해 단독으로 발생될 수 있는 출력보다 비교적 낮은 추가 출력만큼만 더 큰 정도의 구동 출력을 발생시키는 데에 이용될 수 있는데, 그 이유는 이러한 추가 출력이, 구동 시스템의 효율을 저하시키고 단 하나의 주 구동부를 이용하는 것에 비해 연료 소비율을 증가시킬 제2 주 구동부를 이용할 필요가 없으면서 전기 시스템에서 추출될 수 있기 때문이다.

추가로, 바람직하게 하나 이상의 주 구동부는 양 프로펠러 샤프트들을 구동하기 위한 설계 출력에 대해 설계되므로, 설계 출력은 오로지 주 구동부에 의해서 그리고 상기 주 구동부의 배기가스로부터 획득된 전기 에너지로부터 발생하면서 주 구동부의 연료 소비율이 적어도 거의 최소가 된다.

이로 인해, 구동 시스템의 효율과 연료 소비율은 저속 시에, 특히 느린 운행 시에 바람직한 선박 속도에 대해 설계 출력이 조정되는 경우에 추가로 최적화된다.

본 발명의 추가의 일 구현예에서, 양 주 구동부들은 상이한 최대 출력을 위해 설계되는 것이 제공된다.

이로 인해, 구동 시스템은, 주 구동부들 중 단 하나의 구동부가 각각 이용되는 여러 가지 저속들에 대해 최적화될 수 있다. 추가로, 주 구동부의 적합한 설계에 의해 구동 시스템의 중량, 구조 공간 및 투자 비용이 절약될 수 있다.

본 발명의 추가의 일 구현예에는, 양 보조 구동부들을 결합하는 전기적 축이 제공된다.

이러한 구현예에서 바람직하게, 양 보조 구동부들을 결합하는 전기적 축을 통해 양 프로펠러 샤프트들의 전기적 결합이 가능하다. 이로 인해 바람직하게, 주파수 변환 장치를 통한 보조 구동부의 전술한 결합에 비해, 보조 구동부들 사이의 에너지 전달 시 손실이 감소된다.

본 발명에 따른 구동 시스템을 작동하기 위한 본 발명에 따른 방법에서, 양 프로펠러 샤프트들을 구동하기 위한 구동 출력이 제1 출력 구간에서 정확히 하나의 주 구동부에 의해서만 발생한다. 이때, 제1 프로펠러 샤프트가 직접 주 구동부에 의해 구동되고, 제2 프로펠러 샤프트는, 제너레이터로서 작동되는 제1 보조 구동부에 의해 제1 프로펠러 샤프트의 회전으로부터 획득되어 제2 보조 구동부에 의해 제2 프로펠러 샤프트를 구동하는 데에 이용되는 전기 에너지에 의해 구동된다.

이는, 제1 출력 구간에 상응하는 저속 시 연료 소비율을 감소시키고 효율을 높이는, 이미 상술한 장점들을 갖는다.

바람직하게, 제1 출력 구간은, 구동 출력을 발생시키는 주 구동부가 최소 연료 소비율을 갖는 구동 출력을 포함하는 것으로 규정된다.

이로 인해 바람직하게, 연료 소비율은 제1 출력 구간에서 최적화된다.

보조 구동부들에 할당된 주파수 변환 장치들을 구비한 구동 시스템을 위한 방법의 일 구현예에서, 제2 출력 구간에서는 양 프로펠러 샤프트들을 구동하기 위한 구동 출력이 정확히 하나의 주 구동부 및 전기 시스템에서 추출된 출력으로부터만 발생한다. 이때, 제1 프로펠러 샤프트가 직접 주 구동부에 의해 구동되고, 제2 프로펠러 샤프트는, 일부분은 전기 시스템에서 추출되고 또 다른 부분은 제너레이터로서 작동되는 제1 보조 구동부에 의해 제1 프로펠러 샤프트의 회전으로부터 획득되며, 제2 보조 구동부에 할당 주파수 변환 장치를 통해 공급되어, 모터로서 작동되는 제2 보조 구동부에 의해 제2 프로펠러 샤프트를 구동하는 데에 이용되는 전기 에너지에 의해 구동된다.

이는, 제2 주 구동부를 이용하지 않고, 이로 인해 구동 시스템의 효율을 저감시키지 않으며, 단 하나의 주 구동부를 이용하는 것에 비해 연료 소비율을 증가시키지 않으면서, 하나의 주 구동부에 의해 단독으로 발생될 수 있는 출력보다, 비교적 낮은 추가 출력만큼만 더 높은 제2 출력 구간의 구동 출력들이 전기 시스템에서 추출되는, 이미 상술한 장점을 갖는다.

보조 구동부들에 할당된 주파수 변환 장치들과, 주 구동부의 배기가스로부터 전기 에너지를 획득하기 위한 하나 이상의 에너지 획득 장치를 구비한, 구동 시스템을 위한 본 발명에 따른 방법의 추가의 일 구현예에서, 상술한 주 구동부의 설계 출력과 일치하는 양 프로펠러 샤프트들을 구동하기 위한 구동 출력이, 이러한 설계 출력에 대해 설계된 정확히 하나의 주 구동부에 의해 그리고 이러한 주 구동부의 배기가스로부터 획득된 전기 에너지로부터만 발생된다. 이때, 제1 프로펠러 샤프트가 직접 주 구동부에 의해 구동되고, 제2 프로펠러 샤프트는, 일부분은 주 구동부의 배기가스로부터 추출되고, 또 다른 부분은 제너레이터로서 작동되는 제1 보조 구동부에 의해 제1 프로펠러 샤프트의 회전으로부터 획득되며, 제2 보조 구동부에 할당 주파수 변환 장치를 통해 공급되어, 모터로서 작동되는 제2 보조 구동부에 의해 제2 프로펠러 샤프트를 구동하는 데에 이용되는 전기 에너지에 의해 구동된다.

이로 인해, 선박은, 주 구동부가 양호하게 완전 가동되고, 이로 인해 상기 주 구동부의 연료 소비율이 낮으며, 제2 주 구동부는 작동하지 않고, 충분한 속도가 실현될 수 있으며, 배기가스로부터 획득된 배기가스 출력은 선박을 구동하는 데에 완전히 이용되는, 주 구동부의 설계 출력에 상응하는 작동점에서 효과적이고 효율적으로 작동될 수 있다.

이러한 발명의 상술된 특성들, 특징들, 장점들 및 이들이 달성되는 방식은, 도면들과 관련하여 더 상세히 설명되는 실시예들의 하기의 설명부와 관련하여 더 명확하고 더 분명하게 이해된다.

도 1은 제1 실시예에 따른, 전기 시스템에 결합된 선박 구동 시스템의 블록회로도이다.
도 2는 선박 구동 시스템의 구성요소들의 출력에 대한 특성곡선 그래프이다.
도 3은 제2 실시예에 따른, 전기 시스템에 결합된 선박 구동 시스템의 블록회로도이다.

서로 상응하는 부품들이 도면들에서 동일한 도면부호들로 제공된다.

도 1에는 제1 실시예에 따른, 전기 시스템(1)에 결합된 선박 구동 시스템(2)의 블록회로도가 도시된다.

전기 시스템(1)은 전기 시스템(1)을 위해 전기 에너지를 생성하기 위한 복수의 전기 시스템 제너레이터들(11 내지 14)을 구비한다. 전기 시스템 제너레이터들(11 내지 14)은 예컨대 각각 (미도시된) 내연기관, 예컨대 디젤 모터에 의해 구동된다.

구동 시스템(2)은 2개의 파워 트레인들(3, 4)을 구비한다. 각각의 파워 트레인(3, 4)은,

- 선박의 프로펠러(32, 42)를 위한 프로펠러 샤프트(31, 41)와,

- 각각의 프로펠러 샤프트(31, 41)를 구동하기 위한, 내연기관, 예컨대 2싸이클 디젤 모터로서 형성된 주 구동부(33, 43)와,

- 각각의 주 구동부(33, 43)의 배기가스로부터 전기 에너지를 획득하기 위한 에너지 획득 장치(34, 44)와,

- 선택적으로 각각의 프로펠러 샤프트(31, 41)를 구동 가능한 모터로서 또는 프로펠러 샤프트(31, 41)에 의해 구동되는 제너레이터로서 작동 가능한, 회전식 전동기로서 형성된 보조 구동부(35, 45)와,

- 보조 구동부(35, 45)에 공급되고, 보조 구동부(35, 45)로부터 생성된 교류 전압의 주파수를 변경할 수 있는, 각각의 보조 구동부(35, 45)에 할당된 주파수 변환 장치(36, 46)와,

- 각각의 주 구동부(33, 43)를 각각의 프로펠러 샤프트(31, 41)와 분리할 수 있는 클러치(37, 47)를 포함한다.

제1 보조 구동부(35)는 전기 에너지를 생성하기 위한 제너레이터로서 제1 주 구동부(33)에 의해 직접 구동된 제1 프로펠러 샤프트(31)의 회전으로부터 작동되고, 제2 보조 구동부(45)는 제2 프로펠러 샤프트(41)를 작동하기 위한, 제1 보조 구동부(35)에 의해 구동된 모터로서 작동됨으로써, 보조 구동부(35, 45)와 주파수 변환 장치(36, 46)는, 양 프로펠러 샤프트들(31, 41)이 제1 주 구동부(33)에 의해 실행된 작동만으로 구동될 수 있는 방식으로 설계되고 연결된다.

에너지 획득 장치(34, 44)에 의해 배기가스로부터 획득된 에너지는 전체적으로 또는 부분적으로 각각 전기 시스템(1) 내로 공급될 수 있거나, 주파수 변환 장치(36, 46)에 할당된 보조 구동부(35, 45)를 구동하기 위해 주파수 변환 장치(36, 46)에 공급될 수 있다.

각각의 보조 구동부(35, 45)에는 할당 주파수 변환 장치(36, 46)를 통해 전기 시스템(1)으로부터의 전기 에너지가 공급될 수 있고, 각각의 보조 구동부(35, 45)로부터 작동 시 제너레이터로서 생성된 에너지는 전기 시스템(1) 내로 공급될 수 있다.

도 1에 도시된 실시예는, 주파수 변환 장치들(36, 46)이 전기 시스템(1)과 연결될 수 없거나, 전기 시스템(1)과 연결될 수 있을 뿐 아니라, 대안으로 또는 추가로 직접 서로 연결될 수 있는 방식으로 변형될 수 있다.

도 2에는, 프로펠러 샤프트들(31, 41)의 회전수(n)에 따른 도 1에 도시된 구동 시스템(2)의 구성 요소들의 출력(P)에 대한 특성도가 도시되고, 이때 양 프로펠러 샤프트들(31, 41)은 동일한 회전수(n)로 구동된다. 양 프로펠러 샤프트들(31, 41)을 구동하는 데에 필요한 구동 출력(50), 제1 파워 트레인(3)의 제1 주 구동부(33)에 의해 각각의 회전수(n)에 의한 작동 중에 발생된 주 구동 출력(51), 및 제1 주 구동부(33)의 배기가스로부터 획득된 배기가스 출력(52)이 회전수(n)에 따라 도시된다. 추가로, 제2 파워 트레인(4)에 포함되는 제2 보조 구동부(45)의 [회전수(n)와 무관한] 최대 전기 모터 출력(53)과, 제1 주 구동부(33) 및 제2 보조 구동부(45)의 전체 출력(54)이 도시된다.

제1 주 구동부(33)의 주 구동 출력(51)은 제1 출력값(P1)까지 양 프로펠러 샤프트들(31, 41)을 구동하기 위해 충분하다. 그러므로, 양 프로펠러 샤프트들(31, 41)이, 제1 출력값(P1)을 초과하지 않는 제로화된 출력값(P0)에 의한 상부 한계값을 갖는 제1 출력 구간에서 제1 주 구동부(33)의 주 구동 출력(51)에 의해서만 구동되고, 이때 제2 주 구동부(43)는 스위치-오프된다. 이를 위해, 제1 프로펠러 샤프트(31)는 직접 제1 주 구동부(33)에 의해 구동된다. 제2 프로펠러 샤프트(41)는, 제너레이터로서 작동되는 제1 보조 구동부(35)에 의해 제1 프로펠러 샤프트(31)의 회전으로부터 획득되어, 양 주파수 변환 장치들(36, 46)을 통해 제2 보조 구동부(45)에 공급되며, 모터로서 작동되는 제2 보조 구동부(45)에 의해 제2 프로펠러 샤프트(41)를 구동하는 데에 이용되는 전기 에너지에 의해 구동된다. 제1 주 구동부(33)의 배기가스로부터 획득된 배기가스 출력(52)은 전기 시스템(1) 내로 공급된다.

일반적인 컨테이너 선박의 경우, 예컨대 제1 출력값(P1)은 대략 12MW일 수 있고, 제1 출력값(P1)에 상응하는 제1 회전값(n1)은 대략 45min-1일 수 있으며, 제1 출력값(P1)에 상응하는 선박의 속도는 대략 13노트일 수 있고, 제로화된 출력값(P0)은 대략 9MW일 수 있으며, 제로화된 출력값(P0)에 상응하는 제로화된 회전수값(n0)은 대략 38min-1일 수 있고, 제로화된 출력값(P0)에 상응하는 선박의 속도는 대략 12노트일 수 있다.

제1 출력값(P1) 위에서, 제1 주 구동부(33)의 주 구동 출력(51)은, 양 프로펠러 샤프트들(31, 41)을 구동하기 위해 충분하지 않다. 선박의 적은 추가 속도, 예컨대 12에서 14노트로의 속도 증가를 실현하기 위해, 비교적 낮은 추가 출력 요구량(예컨대, 2.5 내지 5MW)을 제공하기 위해 제2 주 구동부(43)를 이용하는 것은 비경제적이다. 또한, 제2 주 구동부(43)의 이용은 제1 주 구동부(33)에서의 부하와 이로 인해 배기가스로부터 획득된 에너지도 감소시킬 것이다. 그러므로, 제로화된 출력값(P0)과 제2 출력값(P2) 사이의 제2 출력 구간에서 이러한 적은 추가 출력이 전기 시스템(1)에서 얻어지고, 다시 말해 전기 시스템 제너레이터들(11 내지 14)에 의해 발생된다.

그러므로, 제2 출력 구간에서 제1 프로펠러 샤프트(31)는 마찬가지로 직접 제1 주 구동부(33)에 의해 구동된다. 이때, 제2 프로펠러 샤프트(41)는, 일부분은 전기 시스템(1)에 추출되고, 또 다른 부분은 제너레이터로서 작동되는 제1 보조 구동부(35)에 의해 제1 프로펠러 샤프트(31)의 회전으로부터 획득되며, 제2 보조 구동부(45)에 할당 주파수 변환 장치(46)를 통해 공급되어, 모터로서 작동되는 제2 보조 구동부(45)에 의해 제2 프로펠러 샤프트(41)를 구동하는 데에 이용되는 전기 에너지에 의해 구동된다.

제2 출력값(P2)은, 이러한 제2 출력값(P2)의 경우 양 프로펠러 샤프트들(31, 41)이 제1 주 구동부(33)의 주 구동 출력(51)에 의해 그리고 제1 주 구동부(33)의 배기가스로부터 획득된 배기가스 출력(52)에 의해 구동될 수 있는 방식으로 선택된다. 제1 주 구동부(33)는, 제2 출력값(P2)에 상응하는 제2 회전값(n2)에 의한 작동 중에 적어도 거의 최소 연료 소비율을 갖도록 설계된다.

제2 출력값(P2)의 경우 제1 프로펠러 샤프트(31)는 직접 제1 주 구동부(33)에 의해 구동되고, 제2 프로펠러 샤프트(41)는, 일부분은 제1 주 구동부(33)의 배기가스로부터 획득되고, 또 다른 부분은 제너레이터로서 작동되는 제1 보조 구동부(35)에 의해 제1 프로펠러 샤프트(31)의 회전으로부터 획득되며, 제2 보조 구동부(45)에 할당 주파수 변환 장치(46)를 통해 공급되어, 모터로서 작동되는 제2 보조 구동부(45)에 의해 제2 프로펠러 샤프트(41)를 구동하는 데에 이용되는 전기 에너지에 의해 구동된다.

그러므로, 제2 출력값(P2)의 경우 전기 시스템 제너레이터들(11 내지 14)은 재차 전기 시스템(1)의 에너지 공급을 위해서만 이용되고, 양 프로펠러 샤프트들(31, 41)은 제1 주 구동부(33)의 효율이 양호할 경우 제1 주 구동부(33)에 의해 발생된 주 구동 출력(51)과, 제1 주 구동부(33)의 배기가스로부터 획득된 배기가스 출력(52)에 의해서만 구동된다. 구동 시스템(2)은, 느린 운행 시에 선박이 갖는 바람직한 속도에 제2 출력값(P2)이 상응하는 방식으로 설계된다. 전형적인 컨테이너 선박의 경우 예컨대 제2 출력값(P2)은 대략 25MW이고, 제2 회전수값(n2)은 대략 57min-1이며, 제2 출력값(P2)에 상응하는 선박 속도는 대략 17노트이다.

이와 같이 선박은, 제1 주 구동부(33)가 양호하게 완전 가동되고, 이로 인해 연료 소비율이 낮으며, 제2 주 구동부(43)는 작동하지 않고, 충분한 속도가 실현될 수 있으며, 제1 주 구동부(33)의 배기가스로부터 획득된 배기가스 출력(52)은 선박을 구동하는 데에 완전히 이용되는, 제2 출력값(P2)에 상응하는 작동점에서 효과적이고 효율적으로 작동될 수 있다. 구동 시스템(2)은 바람직하게 지능형 출력-관리-시스템(Power-Management-System)(PMS)에 의해 제어된다.

도 3에는 제2 실시예에 따른, 전기 시스템(1)에 결합된 선박 구동 시스템(2)의 블록회로도가 도시된다. 이러한 실시예는, 양 보조 구동부들(35, 45)이 주파수 변환 장치(36, 46)를 통해 전기 시스템(1)과 연결 가능한 것이 아니라, 전기적 축(5)을 통해 서로 직접 결합될 수 있음으로써, 도 1에 도시된 제1 실시예와 상이하다. 제1 주 구동부(33)에 의해서만 발생된 출력에 의해 양 프로펠러 샤프트들(31, 41)을 구동하기 위해 제1 프로펠러 샤프트(31)는 직접 주 구동부(33)에 의해 구동되고, 제2 프로펠러 샤프트(41)는, 제너레이터로서 작동되는 제1 보조 구동부(35)에 의해 제1 프로펠러 샤프트(31)의 회전으로부터 획득되어, 전기적 축(5)에 의해 제2 보조 구동부(45)에 공급되는 전기 에너지에 의해 구동된다.

도 1 및 도 3에 도시된 실시예들은, 보조 구동부들(35, 45)이 주파수 변환 장치(36, 46)를 통해 전기 시스템(1)과 연결될 수 있을 뿐만 아니라, 전기적 축(5)을 통해서도 서로 직접 결합될 수 있음으로써 서로 조합될 수도 있다.

본 발명은 바람직한 실시예들에 의해 구체적으로 더 상세히 도시되고 설명되었을지라도, 본 발명은 공지된 예시들에 의해 제한되지 않고, 본 발명의 보호 범위를 벗어나지 않으면서, 다른 변형예들이 당업자에 의해 도출될 수 있다.

Claims (13)

1. 2개의 파워 트레인들(3, 4)을 갖는 선박 구동 시스템(2)을 작동하기 위한 방법이며, 각각의 파워 트레인(3, 4)은 ,
   - 프로펠러 샤프트(31, 41)와,
   - 프로펠러 샤프트(31, 41)를 구동하기 위한, 내연기관으로서 형성된 주 구동부(33, 43)와,
   - 선택적으로 프로펠러 샤프트(31, 41)의 구동부로서 작동 가능하거나 프로펠러 샤프트(31, 41)에 의해 제너레이터로서 구동 가능한, 회전식 전동기로서 형성된 보조 구동부(35, 45)를 포함하고,
   - 보조 구동부(35, 45)에 공급되고 보조 구동부(35, 45)에 의해 생성된 교류 전압의 주파수를 변경할 수 있는, 보조 구동부(35, 45)에 할당된 주파수 변환 장치(36, 46)를 구비하고,
   - 각각의 보조 구동부(35, 45)는 주파수 변환 장치(36, 46)를 통해 다른 보조 구동부(35, 45)를 구동하는 제너레이터로서 작동될 수 있고,
   - 제1 보조 구동부(35, 45)가 전기 에너지를 생성하기 위해 제너레이터로서 주 구동부(33, 43)에 의해 직접 구동된 제1 프로펠러 샤프트(31, 41)의 회전으로부터 작동되며,
   - 제2 보조 구동부(35, 45)는 제1 보조 구동부(35, 45)에 의해 구동되는 제2 프로펠러 샤프트(31, 41)의 구동부로서 작동됨으로써,
   - 보조 구동부(35, 45)는, 양 프로펠러 샤프트들(31, 41)이 하나의 주 구동부(33, 43)에 의해 실행된 작동만으로 구동될 수 있는 방식으로 설계되고 연결되고,
   - 양 프로펠러 샤프트들(31, 41)을 구동하기 위한 구동 출력(50)이 제1 출력 구간에서 하나의 주 구동부(33, 43)에 의해서만 발생하고, 이때,
   - 제1 프로펠러 샤프트(31, 41)는 직접 주 구동부(33, 43)에 의해 구동되며,
   - 제2 프로펠러 샤프트(31, 41)는, 제너레이터로서 작동되는 제1 보조 구동부(35, 45)에 의해 제1 프로펠러 샤프트(31, 41)의 회전으로부터 획득되어 제2 보조 구동부(35, 45)에 의해 제2 프로펠러 샤프트(31, 41)를 구동하는 데에 이용되는 전기 에너지에 의해 구동되고,
   - 양 프로펠러 샤프트들(31, 41)을 구동하기 위한 구동 출력(50)이 제2 출력 구간에서 하나의 주 구동부(33, 43) 및 전기 시스템(1)에서 추출된 출력으로부터만 발생하고,
   - 제1 프로펠러 샤프트(31, 41)가 직접 주 구동부(33, 43)에 의해 구동되며,
   - 제2 프로펠러 샤프트(31, 41)는, 일부분은 전기 시스템(1)에서 추출되고 또 다른 부분은 제너레이터로서 작동되는 제1 보조 구동부(35, 45)에 의해 제1 프로펠러 샤프트(31, 41)의 회전으로부터 획득되며, 제2 보조 구동부(35, 45)에 할당 주파수 변환 장치(36, 46)를 통해 공급되어, 모터로서 작동되는 제2 보조 구동부(35, 45)에 의해 제2 프로펠러 샤프트(31, 41)를 구동시키는 데에 이용되는 전기 에너지에 의해 구동되는, 선박 구동 시스템(2)을 작동하기 위한 방법.
2. 제1항에 있어서, 선박 구동 시스템(2)은 구동부(33, 43)의 배기가스로부터 전기 에너지를 획득하기 위한 하나 이상의 에너지 획득 장치(34, 44)를 특징으로 하는, 선박 구동 시스템(2)을 작동하기 위한 방법.
3. 제2항에 있어서, 하나 이상의 에너지 획득 장치(34, 44)에 의해 배기가스로부터 획득된 에너지가 선박의 전기 시스템(1) 내로 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는, 선박 구동 시스템(2)을 작동하기 위한 방법.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 하나 이상의 에너지 획득 장치(34, 44)에 의해 배기가스로부터 획득된 에너지가, 주파수 변환 장치(36, 46)에 할당된 보조 구동부(35, 45)를 구동하기 위해 하나 이상의 주파수 변환 장치(36, 46)에 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는, 선박 구동 시스템(2)을 작동하기 위한 방법.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 보조 구동부(35, 45)에는 할당된 주파수 변환 장치(36, 46)를 통해 전기 에너지가 선박의 전기 시스템(1)으로부터 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는, 선박 구동 시스템(2)을 작동하기 위한 방법.
6. 제2항 또는 제3항에 있어서, 하나 이상의 주 구동부(33, 43)가 양 프로펠러 샤프트(31, 41)를 구동하기 위한 설계 출력에 대해 설계되므로, 설계 출력은 오로지 주 구동부(33, 43)에 의해서 그리고 상기 주 구동부의 배기가스로부터 획득된 전기 에너지로부터 발생하면서 주 구동부(33, 43)의 연료 소비율이 적어도 거의 최소가 되는 것을 특징으로 하는, 선박 구동 시스템(2)을 작동하기 위한 방법.
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 양 주 구동부들(33, 43)은 상이한 최대 출력들을 위해 설계되는 것을 특징으로 하는, 선박 구동 시스템(2)을 작동하기 위한 방법.
8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 양 보조 구동부들(35, 45)은 전기적 축(50)에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는, 선박 구동 시스템(2)을 작동하기 위한 방법.
9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 출력 구간은, 구동 출력(50)을 발생시키는 주 구동부(33, 43)가 최소 연료 소비율을 갖는 구동 출력(50)을 포함하는 것으로 규정되는 것을 특징으로 하는, 선박 구동 시스템(2)을 작동하기 위한 방법.
10. 제4항에 있어서,
    하나 이상의 주 구동부(33, 43)가 양 프로펠러 샤프트(31, 41)를 구동하기 위한 설계 출력에 대해 설계되므로, 설계 출력은 오로지 주 구동부(33, 43)에 의해서 그리고 상기 주 구동부의 배기가스로부터 획득된 전기 에너지로부터 발생하면서 주 구동부(33, 43)의 연료 소비율이 적어도 거의 최소가 되며,
    주 구동부(33, 43)의 설계 출력과 일치하는 양 프로펠러 샤프트들(31, 41)을 구동하기 위한 구동 출력(50)이, 상기 설계 출력에 대해 설계된 하나의 주 구동부(33, 43)에 의해 그리고 주 구동부(33, 43)의 배기가스로부터 획득된 전기 에너지로부터 발생되고, 이때,
    - 제1 프로펠러 샤프트(31, 41)가 직접 주 구동부(33, 43)에 의해 구동되며,
    - 제2 프로펠러 샤프트(31, 41)는, 일부분은 주 구동부(33, 43)의 배기가스로부터 획득되고, 또 다른 부분은 제너레이터로서 작동되는 제1 보조 구동부(35, 45)에 의해 제1 프로펠러 샤프트(31, 41)의 회전으로부터 획득되며, 제2 보조 구동부(35, 45)에 할당 주파수 변환 장치(36, 46)를 통해 공급되어, 모터로서 작동되는 제2 보조 구동부(35, 45)에 의해 제2 프로펠러 샤프트(31, 41)를 구동시키는 데에 이용되는 전기 에너지에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는, 선박 구동 시스템(2)을 작동하기 위한 방법.
    
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