KR102539442B1 - 가변 주파수 드라이브의 전류 및 주파수 제어를 이용한 공기 윤활 시스템 제어 방법 - Google Patents

가변 주파수 드라이브의 전류 및 주파수 제어를 이용한 공기 윤활 시스템 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공기 윤활 시스템 제어 방법에 있어서, 공기 윤활 시스템의 초기 구동 단계; 상기 공기 윤활 시스템 구동 시 공기를 공급하는 에어 컴프레서를 구동하는 모터의 RPM과 토크(torque)를 가변 주파수 드라이브를 통해 모니터링하여 전송하고, 유량계로부터 공기 유량을 측정하여 전송하며, 상기 모터의 RPM과 토크(torque) 및 유량을 공기 윤활 시스템 제어부에서 수신하여 기 설정된 값과 비교하는 비교 단계; 상기 비교 단계를 통해 설정값 미만 또는 초과 값이 산출되면 제어 신호를 발생하는 제어 신호 발생 단계; 및 가변 주파수 드라이브는 상기 제어 신호를 수신하여 모터의 RPM 및 토크(torque)를 제어하여 에어 컴프레서의 공기 공급량을 조절하는 모터 제어 및 공기 공급량 조절 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 주파수 드라이브의 전류 및 주파수 제어를 이용한 공기 윤활 시스템의 제어 방법을 제안한다.

Description

가변 주파수 드라이브의 전류 및 주파수 제어를 이용한 공기 윤활 시스템 제어 방법{Air Lubrication System Control Method Using Current And Frequency Control Of Variable Frequency Drive}
본 발명은 가변 주파수 드라이브(VFD: Variable Frequency Drive)의 전류 및 주파수 제어를 이용한 공기 윤활 시스템 제어 방법에 관한 것이다.
운항 중인 선박은 다양한 성분의 저항(resistance)을 받게 되고 이를 극복하기 위하여 많은 동력이 필요하게 되며, 궁극적으로 많은 연료비를 필요로 하게 된다.
이러한 저항 성분은 크게 파도로 인한 조파 저항(wave making resistance), 배의 형상과 관련된 형상 저항(form drag), 및 해수와 선체 표면의 마찰에 기인하는 마찰 저항(frictional resistance) 등으로 구분된다. 그리고 이들 성분들 중에서 마찰 저항 성분이 가장 큰 부분을 차지하며 전체 저항의 약 70~ 80%를 차지한다.
선박 운항 시에 소요되는 연료비를 절감하기 위하여 이러한 저항을 감소시키기 위한 다양한 노력들이 이루어지고 있으며, 저항 성분 중에서 가장 큰 저항 성분인 마찰 저항을 감소시키기 위한 방법으로 공기를 선체 주위에 분사시키는 방법으로 선체의 선저부에 일반적으로 설치되는 공기 분사 장치를 통해 해수의 유선(streamline)을 따라 공기 방울들이 흘러가게 함으로써 구현된다.
이러한 공기 윤활 시스템(ALS: Air Lubrication System)은 선박에 작용하는 선체마찰저항을 효과적으로 저감하기 위한 기술로 기존의 공기 윤활 시스템(ALS) 제어 방식은 밸브 제어(Valve Control)를 통한 유량 및 유속을 제어해왔다.
밸브 제어를 통한 선박의 공기 윤활 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 공기 배출구가 마련된 복수의 공기 챔버(1)와 복수의 공기 챔버(1)로 공기를 공급하는 에어 컴프레서(7)를 구비한다.
복수의 공기 챔버(1)는 선저부에 마련될 수 있고, 좌현(1)과 우현(1-1)에 각각 구비될 수 있으며, 이것에 의해 선저부로 공기를 배출시켜 공기막을 형성하는 복수의 공기 배출구가 마련될 수 있다.
에어 컴프레서(7)는 복수의 공기 챔버(1)로 공급되는 공기를 압축시켜 공급하며, 복수의 공기 챔버(1) 사이에 마련되어 에어 컴프레서(7)와 복수의 공기 챔버(1)를 연결하는 라인을 개폐시키는 밸브(6)와, 밸브(6)와 복수의 공기 챔버를 연결하는 라인에 마련되어 복수의 공기 챔버(1)로 공급되는 공기를 냉각시키는 에어 쿨러(5)와, 복수의 공기 챔버(1)를 연결하는 병렬 라인에 각각 마련되어 공기의 유량을 측정하는 복수의 유량계(3)와 복수의 유량계(3)와, 복수의 공기 챔버를 연결하는 라인에 마련되는 복수의 밸브(2)와 복수의 밸브(2)와, 에어 쿨러(5)와 복수의 유량계(3)를 연결하는 라인에서 분기되는 라인에 마련되어 공기를 외부로 배출시키는 블로 오프 밸브(4)를 포함한다.
또한, 공기 윤활 시스템 제어부(20)에서 이를 제어하며, 공기 윤활 시스템 제어부(20)는 통합 자동화 시스템(IAS: Integrated Automation System, 30)에 통신 연결되어 제어될 수 있으며, 통합 자동화 시스템(30)은 각종 항법장치(50)로부터 모니터링부(40)를 통해 모니터링 값에 따라 공기 윤활 시스템을 제어할 수 있는 것을 나타낸다.
하지만 이러한 제어 방법은 밸브(Valve)의 open %에 따라 유량/유속의 오차가 발생하게 되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 하는 것을 목적으로 하며, 공기 윤활 시스템(ALS)의 모터(Motor)를 가변 주파수 드라이브(VFD: Variable Frequency Drive)를 통해 제어함으로 인해 각종 밸브(Valve)를 제거하여 비용을 감소할 수 있으며, 제어의 단순화가 가능한 가변 주파수 드라이브의 전류 및 주파수 제어를 이용한 공기 윤활 시스템 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 공기 윤활 시스템 제어 방법에 있어서, 공기 윤활 시스템의 초기 구동 단계; 상기 공기 윤활 시스템 구동 시 공기를 공급하는 에어 컴프레서를 구동하는 모터의 RPM과 토크(torque)를 가변 주파수 드라이브를 통해 모니터링하여 전송하고, 유량계로부터 공기 유량을 측정하여 전송하며, 상기 모터의 RPM과 토크(torque) 및 유량을 공기 윤활 시스템 제어부에서 수신하여 기 설정된 값과 비교하는 비교 단계; 상기 비교 단계를 통해 설정값 미만 또는 초과 값이 산출되면 제어 신호를 발생하는 제어 신호 발생 단계; 및 가변 주파수 드라이브는 상기 제어 신호를 수신하여 모터의 RPM 및 토크(torque)를 제어하여 에어 컴프레서의 공기 공급량을 조절하는 모터 제어 및 공기 공급량 조절 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제어 신호 발생 단계는, 선박의 항해 속도와 상기 유량계의 측정값을 수신하고, 상기 가변 주파수 드라이브의 모니터링 값을 수신하여 필요한 RPM 및 토크(torque) 값을 산출하여 제어 신호를 발생하는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 모터 제어 및 공기 공급량 조절 단계는, 선속에 따라 가변 주파수 드라이브는 주파수 제어를 통하여 모터의 RPM을 제어하여 유속을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 모터 제어 및 공기 공급량 조절 단계는, 선속에 따라 가변 주파수 드라이브는 전류 제어를 통하여 모터의 토크(torque)를 제어하여 유량을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 공기 윤활 시스템 제어 시스템에 있어서, 복수의 공기 배출구가 마련된 공기 챔버; 상기 공기 챔버로 공기를 공급하는 에어 컴프레서; 상기 에어 컴프레서는 모터에 의해 구동되며, 상기 공기 챔버와 상기 에어 컴프레서를 연결하는 라인에 마련되어 상기 공기 챔버로 공급되는 공기를 냉각시키는 에어 쿨러; 상기 공기 챔버와 에어 쿨러를 연결하는 라인에 마련되어 공기 챔버로 공급되는 공기의 유량을 측정하는 유량계; 상기 유량계의 측정값과 선박의 속도와 모터의 RPM 및 토크(torque)를 수신하여 기 설정된 설정값과 비교하여 제어 신호를 전송하는 공기 윤활 시스템 제어부; 및 상기 공기 윤활 시스템 제어부로부터 제어 신호를 수신하여 상기 에어 컴프레서를 구동하는 모터를 제어하는 가변 주파수 드라이브를 포함하며; 상기 가변 주파수 드라이브는, 모터의 RPM과 토크(torque)를 모니터링하여 공기 윤활 시스템 제어부에 전송하고, 모터를 제어하여 에어 컴프레서의 공기 공급량을 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 공기 윤활 시스템 제어부는, 선박의 항해 속도와 상기 유량계의 측정값을 수신하고, 상기 가변 주파수 드라이브의 모니터링 값을 수신하여 필요한 RPM 및 토크(torque) 값을 산출하여 제어 신호를 발생하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 가변 주파수 드라이브는, 선속에 따라 주파수 제어를 통하여 모터의 RPM을 제어하여 유속을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 가변 주파수 드라이브는, 선속에 따라 전류 제어를 통하여 모터의 토크(torque)를 제어하여 유량을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 공기 윤활 시스템을 모터(Motor)의 가변 주파수 드라이브(VFD: Variable Frequency Drive)를 통해 제어함으로 인해 각종 밸브(Valve)를 제거하여 비용을 감소할 수 있으며, 제어의 단순화가 가능한 효과를 가진다.
도 1은 종래의 공기 윤활 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 단순화된 공기 윤활 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 가변 주파수 제어를 이용한 모터 알피엠(RPM)/토크(Torque) 제어를 통한 공기 윤활 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 가변 주파수 드라이브의 전류 및 주파수 제어를 이용한 공기 윤활 시스템 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조 하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 단순화된 공기 윤활 시스템의 구성을 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 가변 주파수 제어를 이용한 모터 알피엠(RPM)/토크(Torque) 제어를 통한 공기 윤활 시스템의 구성을 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 가변 주파수 드라이브의 전류 및 주파수 제어를 이용한 공기 윤활 시스템 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 단순화된 공기 윤활 시스템은 공기 윤활 시스템은 공기 배출구가 마련된 공기 챔버(1)와 공기 챔버(1)로 공기를 공급하는 에어 컴프레서(7)를 구비하며, 에어 컴프레서(7)를 구동하기 위한 모터(8)를 포함한다.
공기 챔버(1)는 선저부에 마련될 수 있으며, 공기 챔버(1)에는 선저부로 공기를 배출시켜 공기막을 형성하는 복수의 공기 배출구가 마련될 수 있다.
에어 컴프레서(7)는 공기 챔버(1)로 공급되는 공기를 압축시켜 공급하며, 공기 챔버(1) 사이에 마련되어 에어 컴프레서(7)와 공기 챔버(1)를 연결하는 라인을 개폐시키는 밸브(6)와, 밸브(6)와 공기 챔버를 연결하는 라인에 마련되어 공기 챔버(1)로 공급되는 공기를 냉각시키는 에어 쿨러(5)와, 공기 챔버(1)를 연결하는 라인에 마련되어 공기의 유량을 측정하는 유량계(3)와, 유량계(3)와 공기 챔버를 연결하는 라인에 마련되는 밸브(2)와, 밸브(2)와 에어 쿨러(5)와 유량계(3)를 연결하는 라인에서 분기되는 라인에 마련되어 공기를 외부로 배출시키는 블로 오프 밸브(4)를 포함한다.
또한, 공기 윤활 시스템 제어부(20)에서 이를 제어하며, 공기 윤활 시스템 제어부(20)는 가변 주파수 드라이브(VFD: Variable Frequency Drive, 10)를 통해 모터(8)를 제어할 수 있다.
도 2에 도시된 공기 윤활 시스템의 제어방법은 모터(8)를 통해 에어 컴프레서(7)로부터 공기 챔버(1)까지 공기를 공급하기 위해 선박의 선속(RPM)에 따라 유량 및 유속을 제어하기 위해서는 제어 밸브(2)를 통해 제어하게 된다.
이때 유량계(3)의 정보를 확인하여 공기 윤활 시스템 제어부(20)로부터 각 유속 및 유량 제어를 피드백 받아 제어 밸브(2)를 제어한다.
그러나 여전히 밸브(Valve)의 open %에 따라 유량/유속의 오차가 발생하게 되는 문제점이 있었다.
이를 개선하기 위하여, 본 발명에 따른 가변 주파수 제어를 이용한 모터 알피엠(RPM)/토크(Torque) 제어를 통한 공기 윤활 시스템의 구성을 살펴보면, 도 3에 도시된 바와 같이, 공기 윤활 시스템은 선박에 설치되어 공기 배출구가 마련된 공기 챔버(101)와 공기 챔버(101)로 공기를 공급하는 에어 컴프레서(105)와, 에어 컴프레서(105)를 구동하기 위한 모터(106)가 구비되며, 공기 챔버(101)와 에어 컴프레서(105) 사이에 마련되어 공기 챔버(101)로 공급되는 공기를 냉각시키는 에어 쿨러(103)와, 에어 쿨러(103)와 공기 챔버(101)를 연결하는 라인에 마련되어 공기의 유량을 측정하는 유량계(102)를 포함한다.
또한, 유량계(102)로부터 공기의 유량 센싱 신호를 수신하여 에어 컴프레서(105) 및 가변 주파수 드라이브(100)로 센싱 신호를 피드백 하는 공기 윤활 시스템 제어부(200)와 공기 윤활 시스템 제어부(200)로부터 센싱 신호를 수신하여 모터를 제어하는 가변 주파수 드라이브(100)를 포함할 수 있다.
가변 주파수 드라이브(100)는 모터(106)의 RPM 및 토크(Torque)를 제어할 수 있다.
즉, 가변 주파수 드라이브(VFD, 100)는 전원 공급의 주파수와 전압을 변환하여 전기 모터를 구동하는 모터 제어기 유형을 의미한다.
즉, VFD는 전기 모터에 공급되는 교류 전류(AC)의 주파수를 바꾸기 위한 용도로 사용되며, 속도는 분당 회전수 또는 RPM 단위로 측정되며, 주파수와 직접 비례한다.
VFD가 전기 모터에서 공급되는 AC 전류의 주파수를 바꾸면 모터의 속도가 바뀌면서 에어 컴프레서의 속도가 달라진다.
따라서, 모터의 속도 조절은 에어 컴프레서를 통해 유량 및 유속을 제어할 수 있다.
가변 주파수 드라이브(VFD, 100)를 이용한 모터(106)의 RPM 및 토크(Torque) 제어를 통하여 기존의 제어 구성에서 각종 밸브(valve)를 제거하고 에어 컴프레서(105)를 구동하기 위한 모터(106)를 제어하여 에어 컴프레서(105)로부터 공기 챔버(101)까지 공기를 공급하기 위해 선박의 선속(RPM)에 따라 모터의 전류(Torque) 및 rpm(Frequency) 제어를 통해 유량 및 유속을 제어할 수 있다.
또한, 공기 챔버(101)는 선저부에 마련될 수 있으며, 공기 챔버(101)에는 선저부로 공기를 배출시켜 공기막을 형성하는 복수의 공기 배출구가 마련될 수 있다.
또한, 에어 컴프레서(105)는 공기 챔버(101)로 공급되는 공기를 압축시켜 공급할 수 있다.
즉, 압축 공기를 생성하는 에어 컴프레서(105)와, 상기 공기를 공급받아 선체의 선저면으로 분사시키는 공기 챔버(101)와, 상기 에어 컴프레서(105)와 상기 공기 챔버(101)를 연결하여 생성된 공기를 상기 공기 챔버(101)를 통해 공기 분출구 쪽으로 공급하는 공기공급 배관을 포함할 수 있다.
공기 공급 배관은 공급되는 공기의 유량을 측정하는 유량계(102)를 포함할 수 있으며, 선박의 실시간 항해속도에 따른 공기의 유량과 비교하고, 비교된 결과값을 기초로 에어 컴프레서(105)의 모터(106)를 제어하여 공기 챔버(101)로 공급될 공기의 유량을 조절할 수 있다.
즉, 유량계(102)는 에어 컴프레서(105)로부터 공기 챔버(101)로 공급되는 공기의 유량을 측정하여 유량 센싱 신호를 형성할 수 있다.
또한, 에어 쿨러(103)는 공기 챔버(101)와 에어 컴프레서(105) 사이에 구비되며, 에어 컴프레서(105)와 공기 챔버(101)를 연결하는 라인에 마련되어 공기 챔버(101)로 공급되는 공기를 냉각시킬 수 있다.
즉, 에어 컴프레서(105)로 가압되어 고온이 된 공기는, 에어 쿨러(103)를 통해 냉각되어 공기 챔버(101)로 공급될 수 있다.
유량계(102)는 공기 윤활 시스템 제어부(200)와 통신 연결되어 유량을 측정하여 공기 윤활 시스템 제어부(200)로 센싱 신호를 전송하며, 이때, 공기 윤활 시스템 제어부(200)는 유량계(102)의 정보를 확인하여 각 유속 및 유량 제어를 피드백 받아 필요한 토크(Torque) 및 알피엠(RPM)을 정의하고 이를 가변 주파수 드라이브(VFD,100)로 다시 피드백 주어 모터(106)의 출력값을 산정하여 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.
즉, 공기 윤활 시스템 제어부(200)는 가변 주파수 드라이브(VFD: Variable Frequency Drive, 100)를 통해 모터(106)의 구동을 제어하여 에어 컴프레서(105)에서 공기 챔버(101)로 공급되는 공기를 제어할 수 있다.
이것에 의해 가변 주파수 드라이브(VFD, 100)를 이용한 모터(106)의 RPM 및 토크(Torque) 제어를 통하여 기존의 제어 구성에서 각종 밸브(valve)를 제거하고 에어 컴프레서(105)를 구동하기 위한 모터(106)를 제어하여 에어 컴프레서(105)로부터 공기 챔버(101)까지 공기를 공급하기 위해 선박의 선속(RPM)에 따라 모터의 전류(Torque) 및 rpm(Frequency) 제어를 통해 유량 및 유속을 제어할 수 있다.
보다 구체적으로는, 미리 설정된 선박의 항해속도 및 그에 따른 에어 컴프레서(105)에 의해 생성되어야 하는 공기의 유량과 선박의 실시간 항해속도 및 그에 따른 현재 유량계(102)에 의해 측정된 공기의 유량을 공기 윤활 시스템 제어부(200)에서 비교하고, 선박이 운항되는 과정에서 선체의 선저면으로 공기를 분사시킨다. 선체의 선저면에 분사된 공기는 선체의 선저면에 공기층을 형성하여 선체의 마찰 저항을 감소시킬 수 있다.
예컨대 에어 컴프레서(105)는 선체의 선수 측에 배치될 수 있고, 구동원으로서 모터(106)가 이용될 수 있으며, 모터(106)의 회전수를 제어함으로써, 송출되는 공기의 공급량을 제어할 수 있는 것을 나타낸다.
즉, 선박의 항해속도에 따라 구동되는 공기 윤활 시스템의 모터(106)의 RPM과 토크(Torque)를 모니터링하고 유량계(102)를 통해 공기 공급 유량과 비교하여, 모터(106)의 출력을 산정하여 조절할 수 있다.
또한, 상술한 유량계(102)는 배관을 통과하는 공기의 유량을 측정하여, 공기 윤활 시스템 제어부(200)에 전송하고 공기 윤활 시스템 제어부(200)는 선박의 항해 속도와 유량계(102)로부터 수신한 센싱 신호와 모터(106)의 RPM 및 토크(Torque)를 비교하여 가변 주파수 드라이브(VFD, 100)를 통해 모터(106)를 제어하여 에어 컴프레서(105)로부터 송출되는 공기의 공급량을 제어할 수 있다.
즉, 공기 윤활 시스템 제어부(200)는 선박의 실시간 항해속도에 따른 모터의 RPM 및 토크(Torque)와 유량계(102)에 의해 측정된 공기의 유량을 입력 받고 미리 설정된 선박의 항해속도에 따른 모터의 RPM 및 토크(Torque) 및 공기의 유량에 비해 유량계(102)에 의해 측정된 공기의 유량이 적을 경우 에어 컴프레서(105)로부터 미리 설정된 공기의 유량이 송출되도록 모터(106)의 회전수를 증가시킬 수 있도록 제어할 수 있다.
또한, 선박의 실시간 항해속도는 선박에 배치된 속도계에 의해 측정될 수 있으며, 이러한 측정값들은 공기 윤활 시스템 제어부(200)에 실시간으로 확인될 수 있다.
또한, 모터(106)의 RPM 및 토크(Torque)는 가변 주파수 드라이브(100)를 통해 측정될 수 있다.
공기 윤활 시스템 제어부(200)는 선박의 실시간 항해속도에 대한 정보와 함께 유량계(102)에 의해 측정된 공기의 유량을 미리 설정된 선박의 항해속도에 따른 모터(106)의 RPM 및 토크(Torque)와 공기의 유량과 비교하고, 비교된 결과값을 기초로 가변 주파수 드라이브(100)를 통해 에어 컴프레서(105)를 구동하는 모터(106)를 제어하여 공기 챔버(101)로 공급될 공기의 유량을 조절할 수 있다.
이것에 의해 기존 방식에서 공기 공급 제어를 위해 필요했던 복수의 밸브를 제거할 수 있어 공기 공급을 위한 장치 제어 시스템의 구축 및 유지 보수 비용을 감소시킬 수 있다.
또한, 밸브 제어를 통한 공기 윤활 시스템의 제어의 경우 밸브의 open %에 따라 유량 및 유속의 차이가 발생하지만 모터의 경우 RPM과 토크(Torque)를 일정하게 공급할 수 있다는 장점이 있고 부가적인 컨트롤러(controller)가 불필요하다는 것을 특징으로 한다.
또한, 일반적인 에어 컴프레서 설비에서는 모터에 직접 전원을 공급하고, 이 모터를 사용하여 에어 컴프레서를 가동하게 되는데, 이때 전원공급이 일정하게 이뤄지기 때문에 모터는 에어 컴프레서 상태와 상관없이 연속으로 가동하게 된다.
에어 컴프레서의 모터에 전원이 계속 공급되기 때문에 불필요한 전기가 낭비될 수 있다.
그러나 가변 주파수 드라이브(VFD)로 모터를 제어하면 모터 전력에 공급되는 전기 주파수 및 모터의 속도에 따라 조절될 수 있다.
또한 VFD는 시동 또는 정지 동안 모터의 가속 및 감속을 제어할 수 있는 기능도 가지고 있다.
이것에 의해 에너지 절감, 지능형 모터 제어 및 피크 전류 감소를 도모할 수 있다.
공기 윤활 시스템의 구동에 따른 모터의 요구 전력 소비가 감소하면, 가변 주파수 드라이브가 전력 주파수를 조절하여 모터를 저속으로 유지하며, 이는 에어 컴프레서가 필요한 만큼만 모터에서 전력을 소비할 수 있도록 하고, 추가적인 불필요한 낭비를 줄일 수 있다.
따라서, 가변 주파수 드라이브(VFD)를 통해 제어하는 것은 에너지 효율성에서 우수한 효과를 가진다.
또한, 가변 주파수 드라이브(VFD)는 RPM과 토크(Torque)에 따라 다양한 종류의 변수를 검출하여 최적의 모터 속도 및 출력 주파수를 설정할 수 있어, 최적화된 모터와 에어 컴프레서는 공기 윤활 시스템의 전기적이고 기계적인 부하를 감소시킬 수 있으며, 부가적인 밸브 제어가 필요하지 않아 비용을 절감할 수 있는 효과를 가진다.
도 4는 본 발명에 따른 가변 주파수 드라이브의 전류 및 주파수 제어를 이용한 공기 윤활 시스템 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
먼저 공기 윤활 시스템의 초기 구동이 진행되면(S100), 실시간으로 모터의 RPM 및 토크(Torque)를 가변 주파수 드라이브(VFD, 100)에서 모니터링을 진행하며, 유량계(102)로부터 측정된 공기의 공급 유량을 공기 윤활 시스템 제어부(200)는 수신하고 가변 주파수 드라이브(VFD, 100)로부터 모터의 RPM 및 토크(Torque)를 수신하여, 선박의 실시간 항해속도에 따른 모터의 RPM 및 토크(Torque)와 유량계(102)에 의해 측정된 공기의 유량을 미리 설정된 선박의 항해속도에 따른 모터의 RPM 및 토크(Torque) 및 공기의 유량을 비교하여(S110) 설정된 공기의 유량에 비해 유량계(102)에 의해 측정된 공기의 유량이 적을 경우 제어 신호를 발생(S120)하며, 가변 주파수 드라이부(100)는 제어 신호를 수신하여 에어 컴프레서(105)로부터 설정된 공기의 유량이 송출되도록 모터(106)의 회전수를 증가시킬 수 있도록 모터의 RPM 및 토크(Torque)를 제어하여 공기 공급량을 조절(S130)하는 것을 특징으로 한다.
또한, 선박의 실시간 항해속도는 선박에 배치된 속도계에 의해 측정될 수 있으며, 이러한 측정값들은 공기 윤활 시스템 제어부(200)에 실시간으로 확인될 수 있다.
또한, 모터(106)의 RPM 및 토크(Torque)는 가변 주파수 드라이브(100)를 통해 측정될 수 있다.
공기 윤활 시스템 제어부(200)는 선박의 실시간 항해속도에 대한 정보와 함께 유량계(102)에 의해 측정된 공기의 유량을 미리 설정된 선박의 항해속도에 따른 모터(106)의 RPM 및 토크(Torque)와 공기의 유량과 비교하고, 비교된 결과값을 기초로 가변 주파수 드라이브(100)를 통해 에어 컴프레서(105)를 구동하는 모터(106)를 제어하여 공기 챔버(101)로 공급될 공기의 유량을 조절할 수 있다.
즉, 본 발명은 밸브 제어를 통한 유량 및 유속 제어가 아닌 모터(106)의 RPM 및 토크(Torque)를 통한 공기 공급 유량을 제어할 수 있다.
또한, 가변 주파수 드라이브(100)는, 주파수 제어를 통해 모터의 RPM을 조절할 수 있으며, 전류 제어를 통해 모터의 토크(Torque)를 제어할 수 있다.
즉, 가변 주파수 드라이부는(100) 주파수 및 전류 제어를 통해 유속 및 유량을 제어할 수 있다.
따라서, 공기 공급 유량은 전류 제어를 통해 모터의 토크(Torque) 제어를 진행하며, 공기 공급 유속은 주파수 제어를 통해 모터의 RPM을 제어를 진행할 수 있다.
이것에 의해 공기 윤활 시스템을 모터(106)를 가변 주파수 드라이브(VFD)를 통해 제어함으로 인하여 블로 오프 밸브(blow off valve) 및 제어 밸브(control valve)를 포함하는 각종 밸브(valve)를 제거할 수 있어 비용 감소와 제어의 단순화가 가능한 것을 특징으로 한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 공기 분사부 2: 제어 밸브(Control Valve)
3: 유량계(Flow meter) 4: 제1 블로 오프 밸브(Blow off Valve)
5: 에어 쿨러(Air Cooler) 6: 제2 블로 오프 밸브(Blow off Valve)
7: 에어 컴프레서(Air Compressor) 8: 모터(Motor)
10: 가변 주파수 드라이브(VFD: Variable Frequency Drive)
20: 공기 윤활 시스템(ALS: Air Lubrication System) 제어부
30: 통합 자동화 시스템(IAS: Integrated Automation System)
40: 모니터링부
50: 각종 항해 센서부
100: 가변 주파수 드라이브(VFD: Variable Frequency Drive)
101: 공기 챔버(Air Chamber)
102: 유량계(Flow meter)
103: 에어 쿨러(Air Cooler)
105: 에어 컴프레서(Air Compressor)
106: 모터(Motor)
200: 공기 윤활 시스템(ALS: Air Lubrication System) 제어부

Claims (8)

  1. 공기 윤활 시스템 제어 방법에 있어서,
    공기 윤활 시스템의 초기 구동 단계;
    상기 공기 윤활 시스템 구동 시 공기를 공급하는 에어 컴프레서를 구동하는 모터의 RPM과 토크(torque)를 가변 주파수 드라이브를 통해 모니터링하여 전송하고, 유량계로부터 공기 유량을 측정하여 전송하며, 상기 모터의 RPM과 토크(torque) 및 유량을 공기 윤활 시스템 제어부에서 수신하여 기 설정된 값과 비교하는 비교 단계;
    상기 비교 단계를 통해 설정값 미만 또는 초과 값이 산출되면 제어 신호를 발생하는 제어 신호 발생 단계; 및
    가변 주파수 드라이브는 상기 제어 신호를 수신하여 모터의 RPM 및 토크(torque)를 제어하여 에어 컴프레서의 공기 공급량을 조절하는 모터 제어 및 공기 공급량 조절 단계를 포함하며;
    상기 모터 제어 및 공기 공급량 조절 단계는, 선속에 따라 가변 주파수 드라이브는 전류 제어를 통하여 모터의 토크(torque)를 제어하여 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 가변 주파수 드라이브의 전류 및 주파수 제어를 이용한 공기 윤활 시스템의 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 신호 발생 단계는,
    선박의 항해 속도와 상기 유량계의 측정값을 수신하고, 상기 가변 주파수 드라이브의 모니터링 값을 수신하여 필요한 RPM 및 토크(torque) 값을 산출하여 제어 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 가변 주파수 드라이브의 전류 및 주파수 제어를 이용한 공기 윤활 시스템의 제어 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 모터 제어 및 공기 공급량 조절 단계는,
    선속에 따라 가변 주파수 드라이브는 주파수 제어를 통하여 모터의 RPM을 제어하여 유속을 제어하는 것을 특징으로 하는 가변 주파수 드라이브의 전류 및 주파수 제어를 이용한 공기 윤활 시스템의 제어 방법.
  4. 삭제
  5. 공기 윤활 시스템 제어 시스템에 있어서,
    복수의 공기 배출구가 마련된 공기 챔버;
    상기 공기 챔버로 공기를 공급하는 에어 컴프레서;
    상기 에어 컴프레서는 모터에 의해 구동되며, 상기 공기 챔버와 상기 에어 컴프레서를 연결하는 라인에 마련되어 상기 공기 챔버로 공급되는 공기를 냉각시키는 에어 쿨러;
    상기 공기 챔버와 에어 쿨러를 연결하는 라인에 마련되어 공기 챔버로 공급되는 공기의 유량을 측정하는 유량계;
    상기 유량계의 측정값과 선박의 속도와 모터의 RPM 및 토크(torque)를 수신하여 기 설정된 설정값과 비교하여 제어 신호를 전송하는 공기 윤활 시스템 제어부; 및
    상기 공기 윤활 시스템 제어부로부터 제어 신호를 수신하여 상기 에어 컴프레서를 구동하는 모터를 제어하는 가변 주파수 드라이브를 포함하며;
    상기 가변 주파수 드라이브는, 모터의 RPM과 토크(torque)를 모니터링하여 공기 윤활 시스템 제어부에 전송하고, 모터를 제어하여 에어 컴프레서의 공기 공급량을 조절하며;
    상기 가변 주파수 드라이브는, 선속에 따라 전류 제어를 통하여 모터의 토크(torque)를 제어하여 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 가변 주파수 드라이브의 전류 및 주파수 제어를 이용한 공기 윤활 시스템의 제어 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    공기 윤활 시스템 제어부는,
    선박의 항해 속도와 상기 유량계의 측정값을 수신하고, 상기 가변 주파수 드라이브의 모니터링 값을 수신하여 필요한 RPM 및 토크(torque) 값을 산출하여 제어 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 가변 주파수 드라이브의 전류 및 주파수 제어를 이용한 공기 윤활 시스템의 제어 시스템.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 가변 주파수 드라이브는,
    선속에 따라 주파수 제어를 통하여 모터의 RPM을 제어하여 유속을 제어하는 것을 특징으로 하는 가변 주파수 드라이브의 전류 및 주파수 제어를 이용한 공기 윤활 시스템의 제어 시스템.
  8. 삭제
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