KR102504915B1 - 선박 발전 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 메인 엔진의 RPM에 따라 축 발전기를 온/오프시키는 선박 발전 시스템을 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 발전 시스템은 선박의 메인 엔진의 동작에 따라 전력을 생성하는 축 발전기, 상기 메인 엔진의 분당 회전수(RPM)에 따라 상기 축 발전기 전력 생성 동작의 중지 및 재개를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

선박 발전 시스템{SHIP POWER GENERATING SYSTEM}
본 발명은 선박 발전 시스템에 관한 것이다.
최근 국제해사기구(International Maritime Organization; IMO) 환경규제에 따라 선박 제조 연비 지수(Energy Efficiency Design Index; EEDI) 개선을 위한 다양한 방법들이 끊임없이 회자되고 있다. 이를 개선하기 위한 방안 중 축 발전기(shaft generator)를 통하여 선박 제조 연비 지수를 저감하는 방안이 일반적이다.
축 발전기의 동력 인출(Power Take Off; PTO) 방식은 일반적으로, 미리 선정된 메인 엔진(M/E)의 전력 이하일 때는 모터로 작동하고, 그 이상일 때는 발전기로 작동하는데 이는 메인 엔진(M/E)의 특성을 파악하지 않아 연료를 불필요하게 소모하는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2019-0071101호
본 발명의 일 실시예에 따르면, 메인 엔진의 RPM에 따라 축 발전기를 온/오프시키는 선박 발전 시스템을 제공된다.
상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 발전 시스템은 선박의 메인 엔진의 동작에 따라 전력을 생성하는 축 발전기, 상기 메인 엔진의 분당 회전수(RPM)에 따라 상기 축 발전기 전력 생성 동작의 중지 및 재개를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 메인 엔진의 성능 및 기기 보호가 가능하고 선박의 전반적인 연비가 증가하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 발전 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 발전 시스템의 제어부의 상세 동작을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 발전 시스템의 동작 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 발전 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 발전 시스템(100)은 메인 엔진(110)의 동작에 따라 전력을 생성하는 축 발전기(120) 및 제어부(160)를 포함할 수 있고, 가변 주파수 드라이브(130), 메인 스위치 보드(140) 및 에너지 저장 시스템(150)를 더 포함할 수 있다.
메인 엔진(110)은 축을 회전시켜 축에 연결된 프로펠러를 이용하여 선박을 추진시킨다.
축 발전기(120)는 메인 엔진에 장착되어 메인 엔진의 동작에 따라 전력을 생성할 수 있고, 외부로부터 전력이 공급되면 상기 축에 연결된 프로펠러를 회전시켜 선박을 추진시킬 수도 있다. 축 발전기(120)는 메인 엔진의 프리 엔드(free-end)에 설치하는 엔진 장착(Engine Mounted) 방식의 엔진 마운티드 발전기(Engine Mounted shaft Generator; EMG)(121) 또는 메인 엔진(110)과 프로펠러 사이의 중간축에 설치하는 방식의 인-라인 타입 축 발전기(in-line type shaft generator)(122) 중 하나일 수 있다. 축 발전기(120)로 엔진 마운티드 발전기(121)를 사용하는 경우에 엔진 마운티드 발전기(121)는 메인 엔진(110)에 장착되어 메인 엔진(110)의 동작에 따라 전력을 생성할 수 있고, 외부로부터 전력이 공급되면 축에 연결된 프로펠러를 회전시켜 선박을 추진시킬 수도 있다. 엔진 마운티드 발전기(121)는 메인 엔진(110)의 크랭크 축에 연결되어 인-라인 타입 축 발전기(122)에 대비하여 엔진 룸의 부피를 더 저감시킬 수도 있다.
가변 주파수 드라이브(130)는 축 발전기(120)에 의해 생성된 전력을 변환하여 메인 스위치 보드(140)에 전달할 수 있으며, 에너지 저장 시스템(150)에도 전력을 전달할 수 있다.
메인 스위치 보드(140)는 발전기 엔진(G/E)에 의해 생성된 전력 또는 가변 주파수 드라이브(141)로부터의 전력을 적절히 변환하여 선박의 부하에 공급할 수 있다.
에너지 저장 시스템(150)은 가변 주파수 드라이브(130) 또는 메인 스위치 보드(140)로부터의 전력을 저장하고, 제어부(160)의 제어에 따라 저장된 전력을 방전할 수 있다.
가변 주파수 드라이브(130)는 제어부(160)의 제어에 따라 에너지 저장 시스템(150)으로부터 방전된 전력을 축 발전기(120)에 공급할 수 있다.
제어부(160)는 엔진 제어 시스템(Engine Control System; ECS)(161) 및 전력 관리 시스템(Power Management System; PMS)(162)를 포함할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 발전 시스템의 제어부의 상세 동작을 나타내는 도면이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 메인 엔진(110)의 저속 구간에서 발생할 수 있는 증속 문제 및 메인 엔진의 효율(50%이하 구간에서도 제대로 된 선속이 나와야 함)을 방해하지 않는 최소의 구간(예를 들어, 메인 엔진의 최대 연속 출력(Maxium Continuous Rating; MCR) RPM의 50% RPM)에서 동력 인출(PTO) 온 신호를 제어부(160)의 엔진 제어 시스템(161)에서 전력 관리 시스템(162)으로 보내줘야 하고, 마찬가지로 메인 엔진(110)의 최대 연속 출력 RPM을 넘어갈 경우에는 동력 인출(PTO) 오프 신호를 전력 관리 시스템(162)의 축 발전기 제어부(162a)에서 엔진 제어 시스템(161)에 보내서 축 발전기(120)의 동작을 오프시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 발전 시스템의 동작 그래프이다.
도 3을 참조하면, 제어부(160)는 메인 엔진(110)의 계약 최대 연속 출력 (Specified Maximum Continuous Rating; SMCR) 50% 이상의 구간에서만 축 발전기(120)의 동력 인출(Power Take Off; PTO) 동작이 가능하고 이하 구간에서는 메인 엔진(110) 문제 발생 가능성이 있다.
따라서, 이 포인트를 축 발전기(120)의 동작 오프(turn off)하는 지점으로 한다.
엔진 마운티드 발전기(EMG) 대상 선박으로 예를 들면 LPGC/COT/VLCC를 들 수 있으며, 이들 선박은 저압배전반을 채용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 메인 엔진의 성능 및 기기 보호가 가능하고 선박의 전반적인 연비가 증가할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
100: 선박 추진 시스템
110: 메인 엔진
120: 축 발전기
121: 엔진 마운티드 발전기
122: 인-라인 타입 축 발전기
130: 가변 주파수 드라이브
140: 메인 스위치 보드
150: 에너지 저장 시스템
160: 제어부
161: 엔진 제어 시스템
162: 전력 관리 시스템
162a: 축 발전기 제어부

Claims (6)

  1. 선박의 메인 엔진의 동작에 따라 전력을 생성하는 축 발전기; 및
    상기 메인 엔진의 분당 회전수(RPM)에 따라 상기 축 발전기의 전력 생성 동작의 중지 및 재개를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 메인 엔진의 동작을 제어하는 엔진 제어 시스템; 및
    상기 축 발전기에 의해 생성된 전력을 관리하는 전력 관리 시스템을 포함하며,
    상기 엔진 제어 시스템은 상기 메인 엔진의 저속 구간에서 발생할 수 있는 증속 문제 및 메인 엔진의 효율을 방해하지 않도록 설정된 최소의 구간인 상기 메인 엔진의 최대 연속 출력(Maxium Continuous Rating; MCR) RPM의 50% RPM에서 동력 인출(PTO) 온 신호를 상기 전력 관리 시스템에 전송하여 상기 축 발전기의 전력 생성 동작을 재개하고, 상기 메인 엔진의 최대 연속 출력 RPM을 넘어갈 경우에는 상기 전력 관리 시스템에서 동력 인출(PTO) 오프 신호를 상기 엔진 제어 시스템에 전송하여 상기 축 발전기의 동작을 오프시키는 선박 발전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 축 발전기는 상기 메인 엔진과 프로펠러 사이의 중간축에 설치하는 방식의 인-라인 타입 축 발전기(in-line type shaft generator) 또는 상기 메인 엔진의 프리 엔드(free-end)에 설치하는 엔진 장착(Engine Mounted) 방식의 엔진 마운티드 발전기(Engine Mounted shaft Generator; EMG) 중 하나인 선박 발전 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전력 관리 시스템은 상기 엔진 제어 시스템에서 검출한 상기 메인 엔진의 분당 회전수에 따라 상기 축 발전기의 전력 생성 동작을 중지 또는 재개시키는 축 발전기 제어부를 포함하는 선박 발전 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 축 발전기에 의해 생성된 전력을 가변하고 제어에 따라 상기 축 발전기의 동작을 제어하는 가변 주파수 드라이브; 및
    상기 가변 주파수 드라이브로부터의 가변된 전력 또는 보조 발전기에 의해 생성된 전력 중 하나를 부하에 전달하는 메인 스위치 보드
    를 포함하는 선박 발전 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가변 주파수 드라이브로부터의 가변된 전력을 저장하고, 제어에 따라 저장된 전력을 방전하는 에너지 저장 시스템을 더 포함하는 선박 발전 시스템.

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