KR102426890B1 - 하이브리드 선박 - Google Patents

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Abstract

하이브리드 선박을 제공한다. 하이브리드 선박은 태양광 발전기 및 연료 전지를 구비하여 선내에 구비된 부하 장비로 전력을 공급하는 전력부, 및 상기 연료 전지에서 발생된 물을 이용하여 상기 태양광 발전기를 세척하는 세척부를 포함한다.

Description

하이브리드 선박{Hybrid ship}
본 발명은 배터리 및 연료 전지를 구비한 하이브리드 선박에 관한 것이다.
전통적으로 선박은 내연기관 같은 엔진을 기본 동력원으로 하는 이동수단이다. 하지만, 이러한 엔진은 대기 오염 물질을 다량 배출하고, 효율이 낮다는 단점으로 인해 친환경 하이브리드 시스템으로 점점 대체되고 있다. 여기서 하이브리드라 함은 배터리를 포함하는 복합 동력원을 말하는 것으로 엔진과 연계될 수도 있고, 더 나아가서는 연료전지와 연계될 수도 있다. 이러한 하이브리드 시스템은 기존의 엔진 동력원에 비해서 높은 효율 및 적은 대기 오염 물질의 배출을 제공한다.
연료전지는 연료의 화학에너지를 전기화학적 반응을 통해 직접 전기에너지로 변환하는 일종의 발전장치로 엔진에 비해서 효율이 더 높고, 대기 오염 물질을 거의 배출하지 않는다. 이러한 연료전지와 배터리가 연계된 하이브리드 시스템은 매우 높은 효율과 친환경적 특성으로 인해 친환경 선박의 동력원으로 고려되고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1349874호 (2014.01.10)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 선내에서 발생하는 부산물을 활용하여 선내 유지를 수행하는 하이브리드 선박을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 하이브리드 선박의 일 면(aspect)은 태양광 발전기 및 연료 전지를 구비하여 선내에 구비된 부하 장비로 전력을 공급하는 전력부, 및 상기 연료 전지에서 발생된 물을 이용하여 상기 태양광 발전기를 세척하는 세척부를 포함한다.
상기 하이브리드 선박은 상기 연료 전지에서 발생된 물에 포함된 불순물을 필터링하는 필터를 더 포함한다.
상기 하이브리드 선박은 상기 전력부의 전력을 상기 부하 장비로 전달하는 배전부를 더 포함하되, 상기 부하 장비는 상기 부하 장비는 상기 전력부를 제어하는 제어 장비를 포함하고, 전력 전달 방해 요인에 의하여 상기 제어 장비로의 전력 공급이 중단되는 경우 상기 배전부는 상기 전력부를 제어하는 이중화 장비로 전력을 공급한다.
상기 전력부는 배터리를 포함하고, 상기 제어 장비로의 전력 공급이 중단되는 경우 상기 배터리의 전력이 상기 이중화 장비로 공급된다.
상기 하이브리드 선박은 상기 세척부의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하되, 상기 제어부는 상기 태양광 패널의 오염 정도, 상기 태양광 패널의 동작 여부 및 상기 연료 전지로부터 배출되는 물의 양 중 적어도 하나를 참조하여 상기 세척부를 제어한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 선박을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 전력부와 주변 구성간의 관계를 나타낸 도면이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 및 세척부의 동작을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 선박을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 각 구성의 세부 구성을 나타낸 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 배전부가 정상 동작하는 것을 나타낸 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 이중화 장비로 비상 시에 전력이 공급되는 것을 나타낸 도면이다.
도 12 내지 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 및 세척부의 동작을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 선박을 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 전력부와 주변 구성간의 관계를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 선박(1)은 선체(10), 연료 탱크(21), 물 탱크(22), 전력부(30), 배전부(40), 추진부(50), 부하 장비(60), 제어부(70) 및 세척부(80)를 포함하여 구성된다.
연료 탱크(21)는 선체(10)의 내부에 구비되어 액체 연료를 수용하는 역할을 수행한다. 본 발명에서 액체 연료는 액화 천연 가스(LNG)일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
물 탱크(22)는 전력부(30)에 구비된 연료 전지(32)에서 발생된 물을 수용하는 역할을 수행한다.
전력부(30)는 추진부(50) 및 선내에 구비된 부하 장비(60)로 전력을 공급하는 역할을 수행한다. 이를 위하여, 전력부(30)는 전력을 생산하거나 저장할 수 있으며, 생산 또는 저장된 전력을 추진부(50) 및 부하 장비(60)로 공급할 수 있다.
전력부(30)는 태양광 발전기(31) 및 연료 전지(32)를 포함할 수 있다. 태양광 발전기(31)는 태양광을 이용하여 전력을 생산하고, 생산된 전력을 추진부(50) 및 부하 장비(60)로 공급할 수 있다. 이를 위하여, 태양광 발전기(31)는 태양광을 수집하기 위한 태양광 패널(미도시)을 구비할 수 있다.
연료 전지(32)는 연료 탱크(21)에서 발생된 기화 가스(BOG; Boil Off Gas)를 이용하여 전력을 생산하고, 생산된 전력을 추진부(50) 및 부하 장비(60)로 공급할 수 있다. 기화 가스를 이용하여 전력을 생산하는 경우 부산물로서 물이 발생될 수 있다. 연료 전지(32)에서 발생된 물은 물 탱크(22)에 저장될 수 있다.
배전부(40)는 전력부(30)의 전력을 추진부(50) 및 부하 장비(60)로 전달하는 역할을 수행한다. 이를 위하여, 배전부(40)는 배선, 스위치 및 컨버터 등을 포함할 수 있다. 스위치의 동작에 의하여 전력의 전달 경로가 결정되고, 컨버터에 의하여 전력부(30)의 직류 전력이 교류 전력으로 변환될 수 있다. 각 부하 장비(60)는 사용 전력에 맞게 전압을 변환하여 이용할 수 있다.
추진부(50)는 전력부(30)의 전력으로 추진력을 발생시키는 역할을 수행한다. 이를 위하여, 추진부(50)는 추진 모터(미도시)를 구비할 수 있다. 또는, 본 발명의 추진부(50)는 연료를 이용하여 추진력을 발생시킬 수도 있다. 이를 위하여, 추진부(50)는 엔진(미도시)을 구비할 수 있다. 추진부(50)의 추진력으로 선체(10)는 해상에서 항해할 수 있게 된다. 이하, 전력으로 추진력을 발생시키는 추진부(50)를 위주로 설명하기로 한다.
본 발명에서 부하 장비(60)는 선내 유지를 위한 장비를 나타낸 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 선박(1)은 전력부(30)의 전력을 이용하여 항해 및 선내 유지를 수행할 수 있다.
부하 장비(60)는 선박 운항에 필요한 장비로서, 배수설비용 펌프, 연료공급용 펌프, 블로워, 공조장치, 전등, GPS 수신기, 레이더 장치, 선박 자동식별장치, 자기 나침반, 무선설비, 선박 위치발신장치 등을 포함할 수 있다.
세척부(80)는 물 탱크(22)에 수용된 물을 이용하여 태양광 발전기(31)의 태양광 패널을 세척하는 역할을 수행한다. 세척부(80)는 태양광 패널로 물을 분사하여 태양광 패널의 표면을 세척할 수 있다.
세척부(80)의 동작은 제어부(70)에 의하여 자동으로 제어되거나 사용자에 의하여 수동으로 제어될 수 있다. 자동 제어의 경우 제어부(70)는 태양광 패널의 오염 정도, 태양광 패널의 동작 여부 및 연료 전지(32)로부터 배출되는 물의 양 중 적어도 하나를 참조하여 세척부(80)를 제어할 수 있다. 이를 구체적으로 설명하면, 제어부(70)는 태양광 패널에 안착된 오물을 감지하여 그 양이 임계치를 초과하는 경우 세척부(80)로 하여금 태양광 패널을 세척하도록 제어할 수 있다. 또는, 제어부(70)는 태양광 패널이 동작 중이지 않는 경우에 태양광 패널을 세척하도록 세척부(80)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(70)는 태양광 발전기(31)가 전력을 생산하지 않는 야간이나 태양광 발전기(31)에 의한 전력 생산을 필요로 하지 않는 경우에 태양광 패널을 세척하도록 세척부(80)를 제어할 수 있다. 또는, 제어부(70)는 연료 전지(32)로부터 배출되는 물의 양을 참조하여 충분한 양의 물이 배출된 경우에 태양광 패널을 세척하도록 세척부(80)를 제어할 수 있다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 및 세척부의 동작을 나타낸 도면이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 전력부(30)는 연료 전지(32)를 포함하고, 연료 전지(32)에는 물 탱크(22)가 연결될 수 있다.
연료 전지(32)는 연료 탱크(21)에서 배출된 기화 가스를 이용하여 전력을 생산할 수 있다. 생산된 전력은 배전부(40)를 거쳐 추진부(50) 및 부하 장비(60)로 전달될 수 있다.
기화 가스를 이용하여 전력을 생산하는 경우 부산물로서 물이 발생될 수 있다. 연료 전지(32)에서 발생된 물은 물 탱크(22)로 운반되어 저장될 수 있다.
도 4를 참조하면, 세척부(80)는 물 탱크(22)에 수용된 물을 이용하여 태양광 발전기(31)의 태양광 패널을 세척할 수 있다. 세척부(80)는 태양광 패널에 물을 분사하여 세척을 수행할 수 있는데, 이를 위하여 세척부(80)는 물을 분사하는 분사 노즐(미도시)을 구비할 수 있다.
도 5를 참조하면, 물 탱크(22)에서 배출된 물은 필터(90)를 통과한 이후에 세척부(80)로 전달될 수 있다.
필터(90)는 연료 전지(32)에서 발생된 물에 포함된 불순물을 필터링하는 역할을 수행한다. 필터링된 물이 이용되어 태양광 패널의 세척이 수행되기 때문에 보다 안전한 세척 작업이 수행될 수 있다. 필터(90)에 의하여 필터링된 물은 선내의 다른 용도로 이용될 수도 있다.
도 5는 필터(90)가 물 탱크(22)에서 배출되는 물을 필터링하는 것을 도시하고 있으나, 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면 필터(90)는 물 탱크(22)로 유입되는 물을 필터링할 수도 있다. 이러한 경우 필터(90)는 연료 전지(32) 및 물 탱크(22)의 사이에 구비될 수 있으며, 연료 전지(32)에서 발생된 물은 필터(90)에 의하여 필터링된 이후에 물 탱크(22)에 수용될 수 있다. 전력부(30)가 복수의 연료 전지(32)를 구비한 경우 각 연료 전지(32)별로 필터(90)가 구비될 수 있으며, 복수의 연료 전지(32)에서 발생된 물이 하나의 필터(90)에서 필터링된 이후에 물 탱크(22)에 수용될 수도 있다.
전력부(30)에서 공급된 전력은 배전부(40)를 통하여 부하 장비(60)로 전달될 수 있다. 부하 장비(60)는 전력부(30)를 제어하는 제어 장비를 포함할 수 있다. 배전부(40)가 정상 동작하지 않는 경우 부하 장비(60)로의 전력 공급이 중단되고, 전력부(30) 또한 정상 동작하지 못할 수 있다. 이를 위하여, 부하 장비(60)의 역할을 대체할 이중화 장비가 구비될 수 있다. 이하, 도 6 내지 도 14를 통하여 이중화 장비를 구비한 선박에 대하여 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 선박을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 선박(2)은 선체(100), 연료 탱크(210), 물 탱크(220), 전력부(300), 배전부(400), 추진부(500), 부하 장비(600), 이중화 장비(700), 제어부(800) 및 세척부(900)를 포함하여 구성된다.
연료 탱크(210)는 선체(100)의 내부에 구비되어 액체 연료를 수용하는 역할을 수행한다. 본 발명에서 액체 연료는 액화 천연 가스(LNG)일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
물 탱크(220)는 전력부(300)에 구비된 연료 전지에서 발생된 물을 수용하는 역할을 수행한다.
전력부(300)는 추진부(500) 및 선내에 구비된 부하 장비(600)로 전력을 공급하는 역할을 수행한다. 이를 위하여, 전력부(300)는 전력을 생산하거나 저장할 수 있으며, 생산 또는 저장된 전력을 추진부(500) 및 부하 장비(600)로 공급할 수 있다.
전력부(300)는 태양광 발전기 및 연료 전지를 포함할 수 있다. 태양광 발전기는 태양광을 이용하여 전력을 생산하고, 생산된 전력을 추진부(500) 및 부하 장비(600)로 공급할 수 있다. 이를 위하여, 태양광 발전기는 태양광을 수집하기 위한 태양광 패널을 구비할 수 있다.
연료 전지는 연료 탱크(210)에서 발생된 기화 가스(BOG; Boil Off Gas)를 이용하여 전력을 생산하고, 생산된 전력을 배터리, 추진부(500) 및 부하 장비(600)로 공급할 수 있다. 기화 가스를 이용하여 전력을 생산하는 경우 부산물로서 물이 발생될 수 있다. 연료 전지에서 발생된 물은 물 탱크(220)에 저장될 수 있다.
배전부(400)는 전력부(300)의 전력을 추진부(500) 및 부하 장비(600)로 전달하는 역할을 수행한다. 이를 위하여, 배전부(400)는 배선, 스위치 및 컨버터 등을 포함할 수 있다. 스위치의 동작에 의하여 전력의 전달 경로가 결정되고, 컨버터에 의하여 전력부(300)의 직류 전력이 교류 전력으로 변환될 수 있다. 각 부하 장비(600)는 사용 전력에 맞게 전압을 변환하여 이용할 수 있다.
추진부(500)는 전력부(300)의 전력으로 추진력을 발생시키는 역할을 수행한다. 추진부(500)의 추진력으로 선체(100)는 해상에서 항해할 수 있게 된다.
본 발명에서 부하 장비(600)는 선내 유지를 위한 장비를 나타낸 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 선박(2)은 전력부(300)의 전력을 이용하여 항해 및 선내 유지를 수행할 수 있다.
부하 장비(600)는 선박 운항에 필요한 장비로서, 배수설비용 펌프, 연료공급용 펌프, 블로워, 공조장치, 전등, GPS 수신기, 레이더 장치, 선박 자동식별장치, 자기 나침반, 무선설비, 선박 위치발신장치 등을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 부하 장비(600)는 전력부(300)를 제어하는 제어 장비(미도시)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 장비는 배터리 관리 시스템(Battery Management System), 에너지 관리 시스템(Energy Management System) 및 전력 관리 시스템(Power Management System) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 배전부(400) 내부의 단락 또는 지락 등의 전력 전달 방해 요인에 의하여 배전부(400)가 정상적으로 동작하지 않는 경우 전력부(300)의 전력이 추진부(500) 및 부하 장비(600)로 올바르게 전달되지 못할 수 있다. 제어 장비로 전력이 공급되지 못하여 제어 장비가 올바르게 동작하지 못하는 경우 전력부(300)의 동작까지 중단되고 선내 유지가 수행되지 못할 수 있다.
본 발명에서 이중화 장비(700)는 비상 시에 선내 유지를 위해 동작하는 필수 장비인 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 이중화 장비(700)는 연료공급용 펌프, 블로워, 비상용 제어 장비, 비상용 전등, 배수설비용 펌프, GPS 수신기, 레이더 장치, 무선설비, 선박 위치발신장치 등을 포함할 수 있다.
이중화 장비(700)는 전력 전달 방해 요인에 의하여 제어 장비로의 전력 공급이 중단되는 경우 전력부(300)를 제어하고, 선내 유지를 위한 동작을 수행할 수 있다. 이를 위하여, 이중화 장비(700)는 제어 장비와 동일한 기능을 수행하는 이중화 제어 장비(미도시) 및 전력부(300)에 구비된 컨버터로 전력을 공급하는 컨버터 전력 공급 장치(미도시)를 포함할 수 있다. 이중화 장비(700)에 의하여 전력부(300)가 제어됨에 따라 정상 상태에서의 배전부(400)의 배선상에 문제가 발생하더라도 전력부(300)의 제어가 지속되고 선내 유지가 수행될 수 있게 된다.
이중화 장비(700)의 동작을 위하여 전력 전달 방해 요인 발생 시 배전부(400)는 이중화 장비(700)로 전력부(300)의 전력이 공급되도록 할 수 있다. 즉, 배전부(400)는 전력부(300)의 전력이 이중화 장비(700)로 전달되도록 전력 전달 경로를 형성할 수 있는 것이다.
제어부(800)는 전력 전달 방해 요인을 감지하고, 전력부(300) 및 배전부(400)에 구비된 스위치를 제어하는 역할을 수행한다. 전력 전달 방해 요인이 감지된 경우 제어부(800)는 전력부(300) 및 배전부(400)에 구비된 스위치를 제어하여 배터리의 전력이 이중화 장비(700)로 전달될 수 있도록 할 수 있다. 제어부(800)는 부하 장비(600) 또는 이중화 장비(700)에 포함된 것일 수 있고, 별도로 구비된 것일 수 있다. 별도로 구비된 경우 제어부(800)는 전력부(300)를 통하여 전력을 공급받거나 별도의 전력을 공급받을 수도 있다.
세척부(900)는 물 탱크(220)에 수용된 물을 이용하여 태양광 발전기의 태양광 패널을 세척하는 역할을 수행한다. 세척부(900)는 태양광 패널로 물을 분사하여 태양광 패널의 표면을 세척할 수 있다.
세척부(900)의 동작은 제어부(800)에 의하여 자동으로 제어되거나 사용자에 의하여 수동으로 제어될 수 있다. 자동 제어의 경우 제어부(800)는 태양광 패널의 오염 정도, 태양광 패널의 동작 여부 및 연료 전지로부터 배출되는 물의 양 중 적어도 하나를 참조하여 세척부(900)를 제어할 수 있다. 이를 구체적으로 설명하면, 제어부(800)는 태양광 패널에 안착된 오물을 감지하여 그 양이 임계치를 초과하는 경우 세척부(900)로 하여금 태양광 패널을 세척하도록 제어할 수 있다. 또는, 제어부(800)는 태양광 패널이 동작 중이지 않는 경우에 태양광 패널을 세척하도록 세척부(900)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(800)는 태양광 발전기가 전력을 생산하지 않는 야간이나 태양광 발전기에 의한 전력 생산을 필요로 하지 않는 경우에 태양광 패널을 세척하도록 세척부(900)를 제어할 수 있다. 또는, 제어부(800)는 연료 전지로부터 배출되는 물의 양을 참조하여 충분한 양의 물이 배출된 경우에 태양광 패널을 세척하도록 세척부(900)를 제어할 수 있다.
이하, 도 7을 통하여 전력부(300), 배전부(400), 추진부(500), 부하 장비(600) 및 이중화 장비(700)의 세부 구성을 설명하기로 한다
도 7은 도 6에 도시된 각 구성의 세부 구성을 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 전력부(300)는 태양광 발전기(310), 배터리(320), 제1 연료 전지(331), 제2 연료 전지(332), 제1 DC/DC 컨버터(341), 제2 DC/DC 컨버터(342), 제3 DC/DC 컨버터(343) 및 제4 DC/DC 컨버터(344)를 포함하여 구성된다.
태양광 발전기(310)는 태양광을 이용하여 전력을 생산하는 역할을 수행한다. 생산된 전력은 제1 DC/DC 컨버터(341)에 의하여 전압 변환 후에 배전부(400)로 전달될 수 있다. 또는 태양광 발전기(310)에 의하여 생산된 전력은 배터리(320)의 충전에 이용될 수도 있다.
배터리(320)는 전력을 저장하고, 저장된 전력을 배전부(400)로 전달하는 역할을 수행한다. 배터리(320)의 전력은 제3 DC/DC 컨버터(343)에 의하여 전압 변환 후에 배전부(400)로 전달될 수 있다.
배터리(320)는 태양광 발전기(310) 및 연료 전지로부터 공급된 전력을 이용하여 충전하거나 별도의 경로를 통하여 공급된 전력을 이용하여 충전할 수 있다.
제1 연료 전지(331) 및 제2 연료 전지(332)는 연료 탱크(210)에서 발생된 기화 가스로 전력을 생산하고, 생산된 전력을 배전부(400)로 전달하는 역할을 수행한다. 제1 연료 전지(331) 및 제2 연료 전지(332)의 전력은 제2 DC/DC 컨버터(342) 및 제4 DC/DC 컨버터(344)에 의하여 전압 변환 후에 배전부(400)로 전달될 수 있다.
배전부(400)는 배전반(410), 제1 DC/AC 컨버터(421) 및 제2 DC/AC 컨버터(422)를 포함할 수 있다. 배전반(410)을 통하여 전력부(300)의 전력이 배전부(400)로 유입될 수 있다.
제1 DC/AC 컨버터(421) 및 제2 DC/AC 컨버터(422)는 전력부(300)로부터 공급된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 역할을 수행한다. 부하 장비(600) 및 이중화 장비(700)는 제1 DC/AC 컨버터(421) 및 제2 DC/AC 컨버터(422)로부터 공급된 교류 전력을 자신에 맞게 변환하여 이용할 수 있다.
추진부(500)는 추진 모터(510, 520) 및 DC/AC 컨버터(511, 521)를 포함할 수 있다. DC/AC 컨버터(511, 521)는 배전부(400)로부터 공급된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 역할을 수행하고, 추진 모터(510, 520)는 DC/AC 컨버터(511, 521)로부터 공급된 교류 전력을 이용하여 추진력을 발생시키는 역할을 수행한다.
부하 장비(600) 및 이중화 장비(700)는 선내 유지를 위한 동작을 수행할 수 있다. 선내에는 서로 다른 전력을 이용하는 다양한 장비가 구비될 수 있다. 예를 들어, 제1 부하 장비(610), 제2 부하 장비(620) 및 제3 부하 장비(630)는 각각 직류 12V, 직류 24V 및 교류 220V를 이용하는 장비일 수 있고, 이와 마찬가지로 제1 이중화 장비(710), 제2 이중화 장비(720) 및 제3 이중화 장비(730)는 각각 직류 12V, 직류 24V 및 교류 220V를 이용하는 장비일 수 있다. 배전부(400)로부터 공급된 전력을 변환하기 위하여 제1 부하 장비(610), 제2 부하 장비(620), 제1 이중화 장비(710) 및 제2 이중화 장비(720)에는 AC/DC 컨버터(611, 621, 711, 721)가 연결될 수 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 배전부가 정상 동작하는 것을 나타낸 도면이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 전력부(300)의 전력은 배전부(400)를 통하여 추진부(500) 및 부하 장비(600)로 공급될 수 있다.
배전부(400)에는 배전반(410)의 배전 스위치(411)를 중심으로 제4 스위치(SW4) 및 제5 스위치(SW5)가 구비될 수 있는데, 도 8에 도시된 바와 같이 제4 스위치(SW4)를 통하여 부하 장비(600)로 전력이 공급되거나 도 9에 도시된 바와 같이 제5 스위치(SW5)를 통하여 부하 장비(600)로 전력이 공급될 수 있다.
효율적인 운전 및 유지 보수를 위하여 배전 스위치(411), 제4 스위치(SW4) 및 제5 스위치(SW5)의 동작에 따라 태양광 발전기(310) 및 제1 연료 전지(331)의 전력만이 부하 장비(600)로 공급되거나, 배터리(320) 및 제2 연료 전지(332)의 전력만이 부하 장비(600)로 공급되거나, 태양광 발전기(310), 배터리(320), 제1 연료 전지(331) 및 제2 연료 전지(332)의 전력이 부하 장비(600)로 공급될 수 있다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 이중화 장비로 비상 시에 전력이 공급되는 것을 나타낸 도면이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 전력부(300)의 전력은 배전부(400)를 통하여 이중화 장비(700)로 공급될 수 있다.
전력부(300)에 구비된 태양광 발전기(310) 또는 배터리(320)의 전력이 이중화 장비(700)로 공급될 수 있다. 연료 전지는 전력을 생산하기 위한 복잡한 과정을 수반하며, 생산과 공급간의 시간 간격이 존재할 수 있다. 태양광 발전기(310) 및 배터리(320)는 생산되거나 저장된 전력을 곧바로 공급할 수 있기 때문에 비상 상황이 발생한 경우 신속한 비상 전력 공급이 가능하다.
전력부(300)는 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)를 포함할 수 있다. 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)는 열림 및 닫힘이 교차하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 제1 스위치(SW1)가 열린 경우 제2 스위치(SW2)는 닫히고, 제1 스위치(SW1)가 닫힌 경우 제2 스위치(SW2)는 열릴 수 있다. 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)는 제어부(800)에 의하여 제어될 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 제1 스위치(SW1)가 열리고, 제2 스위치(SW2)가 닫힌 경우 배터리(320)의 전력이 이중화 장비(700)로 공급될 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 제1 스위치(SW1)가 닫히고, 제2 스위치(SW2)가 열린 경우 태양광 발전기(310)의 전력이 이중화 장비(700)로 공급될 수 있다.
태양광 발전기(310) 또는 배터리(320)의 전력 전달을 위하여 단락 또는 지락 등의 비상 상황이 발생한 경우 이중화 장비(700)에 연결된 제3 스위치(SW3)가 닫힐 수 있다.
이중화 장비(700)에 포함된 이중화 제어 장비가 태양광 발전기(310) 및 배터리(320)를 정상적으로 제어함에 따라 비상 상황이 발생한 경우에도 선내 유지가 정상적으로 수행될 수 있게 된다.
예를 들어, 전력부(300)에 구비된 컨버터(331, 332, 333, 334)는 전력이 공급됨에 따라 동작할 수 있다. 한편, 배전부(400)가 정상적으로 동작하지 않는 경우 컨버터(331, 332, 333, 334)로의 전력 공급이 중단되고, 이로 인해 전력부(300)의 전력이 배전부(400)로 전달되지 못할 수 있다.
전술한 바와 같이, 이중화 장비(700)는 컨버터 전력 공급 장치(미도시)를 구비할 수 있다. 컨버터 전력 공급 장치는 전력부(300)에 구비된 컨버터(331, 332, 333, 334)로 전력을 공급하는 역할을 수행한다. 컨버터 전력 공급 장치는 배터리(311, 312)의 전력을 컨버터(331, 332, 333, 334)로 공급할 수 있다. 컨버터(331, 332, 333, 334)로 전력이 공급됨에 따라 전력부(300)의 전력이 배전부(400)로 전달되고, 선내 유지가 수행될 수 있다.
도 12 내지 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 및 세척부의 동작을 나타낸 도면이다.
도 12 내지 도 14를 참조하면, 전력부(300)는 연료 전지를 포함하고, 연료 전지에는 물 탱크(220)가 연결될 수 있다.
제1 연료 전지(331) 및 제2 연료 전지(332)는 연료 탱크(210)에서 배출된 기화 가스를 이용하여 전력을 생산할 수 있다. 생산된 전력은 배전부(400)를 거쳐 추진부(500) 및 부하 장비(600)로 전달될 수 있다.
제1 연료 전지(331) 및 제2 연료 전지(332)에서 생산된 전력 중 배전부(400)로 공급하고 남은 전력은 배터리(320)를 충전하는데 이용될 수도 있다.
기화 가스를 이용하여 전력을 생산하는 경우 부산물로서 물이 발생될 수 있다. 제1 연료 전지(331) 및 제2 연료 전지(332)에서 발생된 물은 물 탱크(220)로 운반되어 저장될 수 있다.
도 13을 참조하면, 세척부(900)는 물 탱크(220)에 수용된 물을 이용하여 태양광 발전기(310)의 태양광 패널을 세척할 수 있다. 세척부(900)는 태양광 패널에 물을 분사하여 세척을 수행할 수 있는데, 이를 위하여 세척부(900)는 물을 분사하는 분사 노즐을 구비할 수 있다.
도 14를 참조하면, 물 탱크(220)에서 배출된 물은 필터(910)를 통과한 이후에 세척부(900)로 전달될 수 있다.
필터(910)는 연료 전지에서 발생된 물에 포함된 불순물을 필터링하는 역할을 수행한다. 필터링된 물이 이용되어 태양광 패널의 세척이 수행되기 때문에 보다 안전한 세척 작업이 수행될 수 있다. 필터(910)에 의하여 필터링된 물은 선내의 다른 용도로 이용될 수도 있다.
도 14는 필터(910)가 물 탱크(220)에서 배출되는 물을 필터링하는 것을 도시하고 있으나, 필터(910)는 물 탱크(220)로 유입되는 물을 필터링할 수도 있다. 이러한 경우 필터(910)는 연료 전지(331, 332) 및 물 탱크(220)의 사이에 구비될 수 있으며, 연료 전지(331, 332)에서 발생된 물은 필터(910)에 의하여 필터링된 이후에 물 탱크(220)에 수용될 수 있다. 제1 연료 전지(331) 및 제2 연료 전지(332)별로 필터(910)가 구비될 수 있으며, 제1 연료 전지(331) 및 제2 연료 전지(332)에서 발생된 물이 하나의 필터(910)에서 필터링된 이후에 물 탱크(220)에 수용될 수도 있다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 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, 2: 하이브리드 선박 10, 100: 선체
21, 210: 연료 탱크 22, 220: 물 탱크
30, 300: 전력부 311, 312: 배터리
32, 321, 322: 연료 전지 40, 400: 배전부
410: 배전반 50, 500: 추진부
510: 추진 모터 60, 600: 부하 장비
700: 이중화 장비 70, 800: 제어부
80, 900: 세척부 90, 910: 필터

Claims (5)

  1. 태양광 발전기 및 연료 전지를 구비하여 선내에 구비된 부하 장비로 전력을 공급하는 전력부;
    상기 연료 전지에서 발생된 물을 이용하여 상기 태양광 발전기를 세척하는 세척부; 및
    상기 전력부의 전력을 상기 부하 장비로 전달하는 배전부를 포함하되,
    상기 부하 장비는 상기 부하 장비는 상기 전력부를 제어하는 제어 장비를 포함하고,
    전력 전달 방해 요인에 의하여 상기 제어 장비로의 전력 공급이 중단되는 경우 상기 배전부는 상기 전력부를 제어하고,
    상기 전력부는 배터리를 포함하고,
    상기 제어 장비로의 전력 공급이 중단되는 경우 상기 배터리의 전력이 이중화 장비로 공급되는 하이브리드 선박.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 연료 전지에서 발생된 물에 포함된 불순물을 필터링하는 필터를 더 포함하는 하이브리드 선박.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 세척부의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하되,
    상기 제어부는 태양광 패널의 오염 정도, 상기 태양광 패널의 동작 여부 및 상기 연료 전지로부터 배출되는 물의 양 중 적어도 하나를 참조하여 상기 세척부를 제어하는 하이브리드 선박.
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