KR102376896B1 - 카고홀드의 팬구동 에너지 절감장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 컨테이너 선박 카고홀드의 팬구동 에너지를 절감하는 장치에 있어서: 다수의 급기팬모터(11)에 대한 개별적 구동이 가능하도록 연결되는 제1가변제어반(20); 다수의 배기팬모터(12)에 대한 개별적 구동이 가능하도록 연결되는 제2가변제어반(30); 및 상기 카고홀드의 작동환경을 검출하여 이에 대응하는 설정된 출력을 급기팬모터(11)와 배기팬모터(12)에 인가하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 컨테이너 선박의 카고홀드에 설치된 팬의 최적설계 및 최적운전이 가능하도록 구성하여 에너지를 절감하는 동시에 조작자의 잘못된 운전에 따른 화물의 손상을 미연에 방지하는 효과가 있다.

Description

카고홀드의 팬구동 에너지 절감장치{Energy saving apparatus for driving cargo hold fan}
본 발명은 카고홀드의 에너지 절감장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 냉동컨테이너의 효율적인 냉각팬 운용 시스템을 구축하기 위한 카고홀드의 팬구동 에너지 절감장치에 관한 것이다.
여타 산업분야와 마찬가지로 선박에 있어서도 에너지 절약, 저탄소 배출 등의 친환경성이 중요한 설계 요소로 인식되고 있다. 그럼에도 통상적인 냉동컨테이너(reefer container) 선박의 경우 카고홀드 팬(cargo hold fan)이 수동조작의 단순한 시스템으로 구성되어 별다른 제어의 여지가 없다.
도 1을 참조하면, 카고홀드의 3개의 영역에 설치되는 급기팬모터(11) 및 배기팬모터(12) 외에 전원부(15), 수동조작부(18) 등이 로컬그룹기동반(10) 상에 연결되는 시스템을 예시한다. 이는 승조원이 카고홀드를 육안으로 확인하면서 수동조작부(18)를 통하여 팬모터(11)(12)를 온오프하는 방식이므로 운전 타이밍 오류에 의한 에너지의 낭비는 물론 과부하, 화재 등의 문제를 유발한다.
이와 관련하여 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서 미국 공개특허공보 제2007/0261424는 냉동 컨테이너를 위한 냉각장치와 제어 방법으로서, 제어기, 컨덴서 팬, 증발기 팬, 압력감지제어 기구 등을 구비하고, 컨테이너 내부의 공기압이 설정압력에 미달하는지 초과하는지에 대응하여 컴프레서 구동용 압력 스위치를 턴오프 또는 턴온하도록 제어한다. 이에, 종래의 제어 회로에 다소의 전기요소 추가하므로 단순 구조로 저비용을 구현하는 효과를 기대한다.
그러나, 상기한 선행문헌에 의하면 냉동 컨테이너의 공기압 제어를 구성으로 포함하고 음압에 의한 파손을 방지하는 작용을 도모하므로 에너지 절감 측면의 효과가 미흡하다.
1. 미국 공개특허공보 제2007/0261424호 "Cooling device and controlling method thereof for reefer container" (공개일자 : 2007.11.15.)
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 컨테이너 선박에 설치되는 카고홀드에 대한 팬의 운용에 있어 정속 운전이 아닌 온도ㆍ압력의 환경 조건에 따른 최적의 상태로 구동하여 선박 운용에 소요되는 연료소모량을 절감할 수 있는 카고홀드의 팬구동 에너지 절감장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 컨테이너 선박 카고홀드의 팬구동 에너지를 절감하는 장치에 있어서: 다수의 급기팬모터에 대한 개별적 구동이 가능하도록 연결되는 제1가변제어반; 다수의 배기팬모터에 대한 개별적 구동이 가능하도록 연결되는 제2가변제어반; 및 상기 카고홀드의 작동환경을 검출하여 이에 대응하는 설정된 출력을 급기팬모터와 배기팬모터에 인가하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단은 제1가변제어반 및 제2가변제어반에 VFD(Variable Frequency drive) 방식의 가변제어기를 각각 연결하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제1가변제어반과 제2가변제어반은 IMCS를 통하여 카고홀드의 설정된 영역과 외기에 대한 온도차ㆍ압력차 정보를 입력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 IMCS는 온도모드 상태에서, 작동온도가 기준온도를 초과하면 급기팬모터와 배기팬모터를 증속하고, 작동온도가 기준온도에 미달하면 급기팬모터와 배기팬모터를 감속하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 IMCS는 압력모드 상태에서, 작동압력이 기준압력을 초과하면 급기팬모터와 배기팬모터를 증속하고, 작동압력이 기준압력에 미달하면 급기팬모터와 배기팬모터를 감속하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 IMCS는 온도모드 상태에서 온도조절에 실패하면 압력모드로 자동 절환하고, 압력모드 상태에서 압력조절에 실패하면 온도모드로 자동 절환하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 컨테이너 선박의 카고홀드에 설치된 팬의 최적설계 및 최적운전이 가능하도록 구성하여 에너지를 절감하는 동시에 조작자의 잘못된 운전에 따른 화물의 손상을 미연에 방지하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 카고홀드 팬을 제어하는 장치의 주요부를 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 장치의 주요부 연결 상태를 나타내는 구성도
도 3은 도 2의 장치에 의한 작동의 일예를 나타내는 플로우차트
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 컨테이너 선박 카고홀드의 팬구동 에너지를 절감하는 장치에 관하여 제안한다. 다양한 기후조건의 경로(해로) 상으로 화물(식품)을 이송하는 냉동컨테이너(reefer container) 선박의 카고홀드를 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.
본 발명에 따르면 제1가변제어반(20)이 다수의 급기팬모터(11)에 대한 개별적 구동이 가능하도록 연결되는 구조이다. 카고홀드의 다수 영역에 배치된 급기팬모터(11)는 제1가변제어반(20) 상에서 DC 버스링크를 통하여 연결된다. 제1가변제어반(20)은 전원부(15)에서 급기팬모터(11)로 인가되는 전원을 단속하는 전력소자 등을 구비하고 후술하는 제어수단의 통제를 받아 급기팬모터(11)를 개별로 제어하도록 연결된다.
또, 본 발명에 따르면 제2가변제어반(30)이 다수의 배기팬모터(12)에 대한 개별적 구동이 가능하도록 연결되는 구조이다. 카고홀드의 다수 영역에 배치된 배기팬모터(12)는 제2가변제어반(30) 상에서 DC 버스링크를 통하여 연결된다. 제2가변제어반(30)은 전원부(15)에서 배기팬모터(12)로 인가되는 전원을 단속하는 전력소자 등을 구비하고 후술하는 제어수단의 통제를 받아 배기팬모터(12)를 개별로 제어하도록 연결된다.
또, 본 발명에 따르면 제어수단이 상기 카고홀드의 작동환경을 검출하여 이에 대응하는 설정된 출력을 급기팬모터(11)와 배기팬모터(12)에 인가하는 구조이다. 제어수단은 카고홀드 내에 수용된 냉동컨테이너가 에너지 효율 측면에서 최적의 상태로 작동되도록 제어하는 알고리즘을 탑재하고 수행한다. 이러한 알고리즘은 급기팬모터(11)와 배기팬모터(12)에 의해 유발되는 에어볼륨(Air Volume)과 밀접적인 관련성을 지닌다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단은 제1가변제어반(20) 및 제2가변제어반(30)에 VFD(Variable Frequency drive) 방식의 가변제어기(25)(35)를 각각 연결하는 것을 특징으로 한다. 가변제어기(25)(35)는 가변 주파수 구동으로 급기팬모터(11)와 배기팬모터(12)의 속도를 변동하는 회로를 탑재한다. 이는 급기팬과 배기팬을 구동하는 모터의 회전속도를 조절하기 용이하고 정역 양방향 회전 요구에도 잘 부합되는 특성을 지닌다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제1가변제어반(20)과 제2가변제어반(30)은 IMCS(40)를 통하여 카고홀드의 설정된 영역과 외기에 대한 온도차ㆍ압력차 정보를 입력하는 것을 특징으로 한다. IMCS(40)는 선박의 '통합 모니터링&컨트롤 시스템'으로서 온도센서(41), 압력센서(42) 등으로 카고홀드 및 외기의 작동환경을 검출하고 소정의 알고리즘을 수행한다. 온도센서(41) 및 압력센서(42)는 카고홀드의 내부와 외부에 복수로 설치하여 온도차ㆍ압력차 정보를 획득한다.
이때, 본 발명의 제어 알고리즘은 반드시 IMCS(40)에 탑재되는 것은 아니고 가변제어기(25)(35)에 탑재될 수도 있다. 어느 경우에나 수동모드와 자동모드로 구분되고, 수동모드는 전술한 도 1과 동일한 방식으로 제어가 수행되며, 자동모드는 온도모드와 압력모드로 구분된다. 만일 컨테이너 선박이 열대지방을 운항하는 중이라면 압력모드에 비하여 온도모드가 더 중요하고 한대지방을 운항하는 중이라면 온도모드에 비하여 압력모드가 더 중요하다. 이에 온도모드와 압력모드의 선택은 운항 지역의 축적된 데이터를 이용하여 수동으로 구현함이 원칙이지만 별도의 알고리즘을 통한 자동적 구현을 배제하는 것은 아니다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 IMCS(40)는 온도모드 상태에서, 작동온도가 기준온도를 초과하면 급기팬모터(11)와 배기팬모터(12)를 증속하고, 작동온도가 기준온도에 미달하면 급기팬모터(11)와 배기팬모터(12)를 감속하는 것을 특징으로 한다. 기준온도는 카고홀드에서 냉동컨테이너의 최적운전을 보장하는 온도로 설정된다. 외기온도 증가, 냉동부하 증가 등의 요인으로 현재의 작동온도가 상승하면 송풍량 증대를, 반대의 경우 송풍량 감소를 유발하여 에너지를 절감한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 IMCS(40)는 압력모드 상태에서, 작동압력이 기준압력을 초과하면 급기팬모터(11)와 배기팬모터(12)를 증속하고, 작동압력이 기준압력에 미달하면 급기팬모터(11)와 배기팬모터(12)를 감속하는 것을 특징으로 한다. 기준압력은 카고홀드에서 냉동컨테이너의 최적운전을 보장하는 압력으로 설정된다. 화물의 부패, 압력 불평형 등의 요인으로 현재의 작동압력이 상승하면 송풍량 증대를, 반대의 경우 송풍량 감소를 유발하여 에너지를 절감한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 IMCS(40)는 온도모드 상태에서 온도조절에 실패하면 압력모드로 자동 절환하고, 압력모드 상태에서 압력조절에 실패하면 온도모드로 자동 절환하는 것을 특징으로 한다. 도 3을 참조하면 온도모드와 압력모드는 백업 시스템으로 구동되어 어느 한쪽의 모드에 이상이 발생하면 다른 쪽의 모드로 운전하기 위함이다. 어느 경우에나 팬모터(11)(12)의 전체적 에어볼륨은 카고홀드의 내외부 온도차를 기준으로 결정된다.
한편, 도 2는 하나의 카고홀드에 대한 제어를 예시하는 것으로서 다수의 카고홀드에 대한 제어도 시스템과 알고리즘 상으로 동일성을 유지한다.
이에, 컨테이너 선박의 카고홀드를 최적으로 운용하기 위하여 카고홀드 내의 환경상태(temperature & pressure)에 따라 해당 팬모터의 운전속도를 변동하여 공급되는 공기량 조절이 가능하게 됨으로 전력소비와 조작 오류에 따른 화물의 손상을 방지할 수 있다.
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.
10: 로컬그룹기동반 11: 급기팬모터
12: 배기팬모터 15: 전원부
18: 수동조작부 20: 제1가변제어반
25: 가변제어기 30: 제2가변제어반
35: 가변제어기 40: IMCS
41: 온도센서 42: 압력센서

Claims (6)

  1. 컨테이너 선박 카고홀드의 팬구동 에너지를 절감하는 장치에 있어서:
    다수의 급기팬모터(11)에 대한 개별적 구동이 가능하도록 연결되는 제1가변제어반(20);
    다수의 배기팬모터(12)에 대한 개별적 구동이 가능하도록 연결되는 제2가변제어반(30); 및
    상기 카고홀드의 작동환경을 검출하여 이에 대응하는 설정된 출력을 급기팬모터(11)와 배기팬모터(12)에 인가하는 제어수단;을 포함하되,
    상기 제어수단은 제1가변제어반(20) 및 제2가변제어반(30)에 VFD(Variable Frequency drive) 방식의 가변제어기(25)(35)를 각각 연결하고,
    상기 제1가변제어반(20)과 제2가변제어반(30)은 IMCS(40)를 통하여 카고홀드의 설정된 영역과 외기에 대한 온도차ㆍ압력차 정보를 입력하며,
    상기 IMCS(40)는 온도모드 상태에서, 작동온도가 기준온도를 초과하면 급기팬모터(11)와 배기팬모터(12)를 증속하고, 작동온도가 기준온도에 미달하면 급기팬모터(11)와 배기팬모터(12)를 감속하고,
    상기 IMCS(40)는 압력모드 상태에서, 작동압력이 기준압력을 초과하면 급기팬모터(11)와 배기팬모터(12)를 증속하고, 작동압력이 기준압력에 미달하면 급기팬모터(11)와 배기팬모터(12)를 감속하는 것을 특징으로 하는 카고홀드의 팬구동 에너지 절감장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 IMCS(40)는 온도모드 상태에서 온도조절에 실패하면 압력모드로 자동 절환하고, 압력모드 상태에서 압력조절에 실패하면 온도모드로 자동 절환하는 것을 특징으로 하는 카고홀드의 팬구동 에너지 절감장치.
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