KR102569109B1 - 선박의 이중 연료 추진시스템 및 그 시스템이 탑재된 선박 - Google Patents

선박의 이중 연료 추진시스템 및 그 시스템이 탑재된 선박 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선박의 이중 연료 추진시스템에 있어서, 복수의 연료 탱크; 복수의 연료 탱크의 연료를 측정하는 복수의 연료 게이지; 및 복수의 연료 게이지에 연결되며, 복수의 연료 게이지에서 측정된 각각의 연료에 따른 운항 거리를 계산하며, 목적지까지 도달 거리와 경유 항로를 기초로 경유 항로에서 복수의 연료에 대한 소모 비율을 산출하는 연료 선택부를 포함한다. 상기와 같은 본 발명은 복수의 연료 각각에 따른 운항 가능한 거리와 목적지까지 도달되는 거리를 기초로 효율적으로 연료 소모 비율을 산출함으로써 기존보다 경제적인 연료 소모로 항해를 수행할 수 있는 장점이 있다.

Description

선박의 이중 연료 추진시스템 및 그 시스템이 탑재된 선박{DUEL FUEL PROPULSION SYSTEM OF VESSEL AND THE SYSTEM MOUNTED VESSEL}
본 발명은 선박의 이중 연료 추진시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선박의 연료 효율에 적절히 대응하여 연료를 선택하도록 만드는 선박의 이중 연료 추진시스템에 관한 것이다.
선박의 항해 계획은, 개별 선박의 정확한 성능, 파랑 중의 운동 특성 및 속도 감소, 마력 증가, 선체 및 화물 파손 가능성, 선원의 안락함을 충분히 고려하여 수립된다.
선박의 항해 계획에서는, 상기의 항해에 영향을 미치는 인자들을 포함시켜, 항로와 항해 거리에 따른 연료 소모를 계산함으로써 경제적인 운항 계획을 세우는 것이 필수적이다.
한편, 국제 해사 기구는, 배기가스 규제지역(Emission Control Area, ECA)을 설정하여, 선박엔진의 배기가스 중 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx)의 배출을 규제하고 있으며, 그 규제 기준은 점차 강화되고 있는 추세이다.
ECA의 경우, 질소산화물(NOx) 및 황산화물(SOx)의 배출을 모두 규제하고 있다. 선박이 ECA를 통과하기 위해서는, ECA에서의 배출기준을 충족하기 위한 SCR 등의 후처리 장치의 사용과 고가의 저황유 사용은 필수적이다.
일 예로, ECA 외의 해역을 운항하는 경우에는 선박 연료로서, 중질 연료유(중유)를 사용하고, ECA를 운항하는 경우에는 배기가스 규제에 따라 선박 연료를 중유에서 저황유로 변경한다. 이에 따라, 선박이 ECA를 운항하는 시간이 길어질수록 비교적 고가인 저황유 사용량이 그 만큼 늘어나 선박의 운항 비용이 증가된다.
배기가스 규제지역(Emission Control Area; 이하 ECA 칭함)을 경제적으로 운항할 수 있는 선박의 경제적 운항을 위한 기술로서, 한국특허출원 제10-2014-0060596호에 선박의 경제적 운항을 위한 장치 및 방법이 개시되어 있다.
이러한 기존 종래의 선박의 경제적 운항을 위한 기술은, ECA 진입을 고려하여 저황유를 연료를 사용하며, 이외에서는 중유를 사용하도록 구성되어 있다.
이러한 종래 기술은, 연료 효율에 따른 효율적인 운항 거리보다는 주로 배기가스 규제지역에 적합한 연료를 사용하도록 연료가 자동 설정됨으로써 배기 가스 규제를 회피할 수 있으나, 효율적인 연료 선택에 따른 경제적인 운항 측면에서는 부족한 측면이 있었다.
본 발명은, 복수의 연료 각각에 따른 운항 가능한 거리와 목적지까지 도달되는 거리를 기초로 효율적으로 연료 소모 비율을 산출함으로써 기존보다 경제적인 연료 소모로 항해를 수행할 수 있는 선박의 이중 연료 추진시스템 및 그 탑재된 선박을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 복수 연료를 선택적으로 사용하는 선박의 이중 연료 추진 시스템에 있어서, 복수의 연료 탱크; 상기 복수의 연료 탱크의 연료를 측정하는 복수의 연료 게이지; 및 상기 복수의 연료 게이지에 연결되며, 상기 복수의 연료 게이지에서 측정된 각각의 연료에 따른 운항 거리를 계산하며, 목적지까지 도달 거리와 경유 항로를 기초로 상기 경유 항로에서 상기 복수의 연료에 대한 소모 비율을 산출하는 연료 선택부를 포함한다.
상기 연료 선택부는, 상기 복수의 연료에 대한 소모 비율에 따라 상기 경유 항로를 항해 중에 상기 복수의 연료 탱크에서 선박 엔진으로 공급되는 연료를 선택할 수 있다.
상기 선박의 경유 항로에서 ECA 지역의 진입을 감지하기 위한 GPS 수신기를 더 포함하며, 상기 연료 선택부는 상기 ECA 지역에서는 배기 가스 규제를 충족하는 연료를 선택할 수 있다.
상기 복수의 연료는 LNG를 포함하며, 상기 연료 선택부는, ECA 지역에서 상기 LNG를 소모 연료로 선택하며, 상기 ECA 지역 외에서 복수의 연료 중 남은 경유 항로에 대한 소모 비율을 산출하여 그 소모 비율로 상기 선박 엔진에 연료를 공급할 수 있다.
상기 연료 선택부는 상기 복수의 연료에 대한 목적지까지 연비를 계산하여 상기 연료의 소모 비율을 산출할 수 있다.
상기 연료 선택부는, 상기 복수의 연료에 따른 연비 산출부; 상기 복수의 연료에 대한 연비를 기초로, 상기 복수 연료의 소모 비율을 산출하는 소모 비율 산출부; 및 상기 소모 비율 산출부에 따라 상기 선박 엔진으로 상기 복수의 연료의 공급을 제어하기 위한 신호를 생성하는 연료 제어부를 포함할 수 있다.
상기 복수의 연료 탱크와 상기 선박 엔진을 연결하는 복수의 연료 라인을 개폐하기 위한 복수의 연료 밸브; 및 상기 연료 제어부의 신호에 의해 상기 복수의 연료 밸브를 제어하기 위한 밸브 제어기를 더 포함할 수 있다.
상기 선박 엔진에서 배출되는 배기 가스를 측정하는 배기 가스 측정기를 더 포함하며, 상기 연료 제어부는 상기 배기 가스 측정기에서 측정되는 배기 가스를 기초로 상기 밸브 제어기를 제어하기 위한 신호를 생성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기의 선박의 이중 연료 추진시스템이 탑재된 선박이 제공된다.
상기와 같이 기술된 본 발명은, 복수의 연료 각각에 따른 운항 가능한 거리와 목적지까지 도달되는 거리를 기초로 효율적으로 연료 소모 비율을 산출함으로써 기존보다 경제적인 연료 소모로 항해를 수행할 수 있는 선박의 이중 연료 추진시스템 및 그 탑재된 선박을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 이중 연료 추진시스템 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 선박의 이중 연료 추진시스템의 세부 블록도,
도 3은 도 2의 연료 선택 처리도이다.
본 발명에 따른 선박의 이중 연료 추진시스템은, A연료(LNG)를 사용하였을 때 운항 가능한 거리, B연료를 사용하였을 때 운항 가능한 거리를 산출하고, 목적지까지 도달하는 거리를 통해 가장 효율적인 연료 소모 비율을 산출하며, A연료와 B연료의 소모 비율을 산출하여 해당 연료의 소모비율에 따라 운항하고, ECA 지역의 진입을 고려하여 ECA 지역 진입 이후 목적지까지 가는 거리에 있어서는 LNG 연료를 사용하도록 설정하고, 그 이외의 남은 거리에 있어서 A연료와 B연료를 사용하여 운항 가능한 거리를 산출하고 최적 연료 소모 비율을 산출하도록 구성된 것이다. 또한, 본 발명은 A연료와 B연료의 가격을 고려하여 가장 저렴한 비용으로 도달할 수 있는 최적 연료소모 비율을 산출하도록 선박에 탑재하는 시스템이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 이중 연료 추진시스템은, 복수의 연료 탱크(11, 12), 복수의 연료 탱크(11, 12)의 연료를 측정하는 복수의 연료 게이지(13, 14), 및 복수의 연료 게이지(13, 14)에 연결되며 복수의 연료 게이지(13, 14)에서 측정된 각각의 연료에 따른 운항 거리를 계산하며 목적지까지 도달 거리와 경유 항로를 기초로 경유 항로에서 복수의 연료에 대한 소모 비율을 산출하는 연료 선택부(50)를 포함한다.
연료 선택부(50)는, 복수의 연료에 대한 소모 비율에 따라 경유 항로를 항해 중에 복수의 연료 탱크(11, 12)에서 선박 엔진(30)으로 공급되는 연료를 선택할 수 있다.
복수의 연료를 사용하도록 구성된 선박(10)은 A연료, B연료 등과 같이 둘 이상의 연료가 탑재된다. 이러한 선박(10)은 물론 둘 이상의 연료 탱크가 구성된다.
선박 엔진(30)은 복수의 연료가 사용될 수 있는 엔진으로서, 복수의 연료 탱크(11, 12)에 연료 라인(15, 16)으로 연결된다. 연료 라인(15, 16)은 복수의 연료 탱크(11, 12)에 대응하도록 복수로 배치되며, 선박 엔진(30)의 연료 분사 라인(17)에 연결될 수 있다.
복수의 연료 라인(15, 16)은 연료 선택부(50)에서 선박 엔진(30)으로 공급되는 연료의 선택에 따라 개폐된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 이중 연료 추진시스템은, 복수의 연료 탱크(11, 12)와 선박 엔진(30)을 연결하는 복수의 연료 라인(15, 16)을 개폐하기 위한 복수의 연료 밸브(19), 및 연료 제어부(53)의 신호에 의해 복수의 연료 밸브(19)를 제어하기 위한 밸브 제어기(20)를 더 포함할 수 있다.
연료 선택부(50)의 연료 제어부(53)는 밸브 제어기(20)에 연결되며, 밸브 제어기(20)는 연료 밸브(19)를 제어한다. 이에 따라 연료 선택부(50)에서 선택된 연료가 선박 엔진(30)에 공급된다.
연료 선택부(50)에는 선박(10)의 목적지까지 항해 거리와 경유 항로가 미리 입력된다. 연료 선택부(50)는 항해 거리와 경유 항로에 있는 항로 환경을 기초로 사용 연료를 선택한다.
이러한 연료 선택부(50)는, 목적지까지 항해 거리와 경유 항로의 항해에서 화물 무게, 날씨, 파랑 및 조류와 같은 추진 저항 요소들 고려하여 효율성이 높은 연료를 선택한다.
일 예로, 화물 무게가 상당하여 선체의 흘수선이 만재 흘수선에 가까우며, 날씨 저항에 따른 파랑과 바람의 저항이 상당한 경우에는, 선체에 작용하는 추진력이 높아야 하므로, 열량이 높은 연료를 사용한다. 반대로, 날씨 저항이 적은 경우에는, 열량이 비교적 낮은 연료를 사용한다.
열량이 높은 연료로는, 벙커씨유, 중유, 경유 등이 있으며, 열량이 비교적 낮은 연료로는 LNG 등이 있다. LNG는 청정한 연료로 환경 오염 물질의 발생이 적은 연료이다.
연료 선택부(50)에는 항해 거리와 경유 항로 및 저항 요소들을 고려하여 복수의 연료 중 적합한 연료를 자동으로 연료를 선택할 수 있는 연료 자동선택 알고리즘이 탑재된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 이중 연료 추진시스템은, 복수의 연료 각각에 따른 운항 가능한 거리와 목적지까지 도달되는 거리를 기초로 효율적인 연료 소모 비율을 산출함으로써 기존보다 경제적인 연료 소모로 항해를 수행할 수 있게 만든다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 이중 연료 추진시스템은, 선박(10)의 경유 항로에서 ECA 지역의 진입을 감지하기 위한 GPS 수신기(40)를 더 포함하며, 연료 선택부(50)는 ECA 지역에서는 배기 가스 규제를 충족하는 연료를 선택할 수 있다.
GPS 수신기(40)는 선박(10)의 항법 장치에 연결되어 선박(10)의 현재 위치 좌표를 입력한다.
선박(10)의 경유 항로에는 ECA 지역이 포함될 수 있다. 선박(10)은 ECA 지역에서 환경 오염 물질의 배출이 많은 연료의 사용이 규제된다. 이에 따라 ECA 지역에서는 LNG와 같은 연료가 사용된다.
상기와 같이 선박(10)에 탑재되는 복수의 연료는 LNG를 포함할 수 있다.
연료 선택부(50)는, ECA 지역에서 LNG를 소모 연료로 선택하며, ECA 지역 외에서 복수의 연료 중 남은 경유 항로에 대한 소모 비율을 산출하여 그 소모 비율로 선박(10) 엔진에 연료를 공급할 수 있다.
연료 선택부(50)는 선박(10)이 ECA 지역에 진입하면, 자동으로 LNG가 선박(10) 엔진에 공급되도록 연료 라인(15, 16)을 제어한다. 이후, 연료 선택부(50)는 남은 목적지까지 복수의 연료에 대한 각각의 연비를 계산하여 연료의 소모 비율을 산출할 수 있다.
상기의 연료 선택부(50)는, 복수의 연료에 따른 연료 산출부(51), 복수의 연료에 대한 연비를 기초로 복수 연료의 소모 비율을 산출하는 소모 비율 산출부(52), 및 소모 비율 산출부(52)에 따라 선박(10) 엔진으로 복수의 연료의 공급을 제어하기 위한 신호를 생성하는 연료 제어부(53)를 포함할 수 있다.
연료 산출부(51)는 목적지까지 항로 거리에 따른 복수의 연료 각각에 대한 연비를 산출한다.
소모 비율 산출부(52)에는 상기의 연료 산출부(51)에서 복수의 연료에 대한 연비가 입력되며, 이를 기초로 경유 항로에서 입력되는 저항 요소들의 저항 값에 따른 복수의 연료에 대한 소모 비율을 계산한다. 저항 요소들의 저항 값은 기상 관측이나 경유 항로에 환경 인자들로부터 예측되어 미리 입력된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 이중 연료 추진시스템은, 선박 엔진(30)에서 배출되는 배기 가스를 측정하는 배기 가스 측정기(60)를 더 포함할 수 있다.
연료 제어부(53)는 배기 가스 측정기(60)에서 측정되는 배기 가스를 기초로 밸브 제어기(20)를 제어하기 위한 신호를 생성할 수 있다.
배기 가스 측정기(60)에서 측정되는 배기 가스가 배기 가스 규제를 벗어나는 오염 물질을 포함하는 경우에, 연료 제어부(53)는 밸브 제어기(20)에 의해 출력을 줄이는 등의 방법에 의해 배기 가스에서 오염 물질을 줄일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기의 선박의 이중 연료 추진시스템이 탑재된 선박(10)이 제공된다.
이러한 선박(10)은 상기의 선박의 이중 연료 추진시스템이 탑재됨으로써 복수의 연료 각각에 따른 운항 가능한 거리와 목적지까지 도달되는 거리를 기초로 효율적으로 연료 소모 비율을 산출함으로써 기존보다 경제적인 연료 소모로 항해를 수행할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 이를 기초로 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다 할 것이다.
10: 선박 11, 12: 복수의 연료 탱크
13, 14: 복수의 연료 게이지 15, 16: 연료 라인
17: 연료 분사 라인 19: 연료 밸브
20: 밸브 제어기 30: 선박 엔진
40: GPS 수신기 50: 연료 선택부
51: 연비 산출부 52: 소모 비율 산출부
53: 연료 제어부 60: 배기 가스 측정기

Claims (10)

  1. 복수 연료를 선택적으로 사용하는 선박의 이중 연료 추진 시스템에 있어서,
    상기 선박의 위치를 감지하기 위한 GPS 수신기;
    상기 복수 연료가 각각 저장되는 복수의 연료 탱크;
    상기 복수의 연료 탱크 각각의 연료량을 측정하는 복수의 연료 게이지;
    상기 복수 연료가 사용될 수 있는 선박 엔진;
    상기 선박 엔진에서 배출되는 배기 가스의 오염 물질의 농도를 측정하는 배기 가스 측정기; 및
    상기 선박의 목적지까지의 항해 거리와 하나 이상의 경유 항로가 입력되어, 상기 항해 거리와 상기 경유 항로마다의 항로 환경을 기초로 사용 연료를 선택하여 상기 선박 엔진으로 연료를 공급하는 연료 선택부를 포함하고,
    상기 복수 연료 중 어느 하나는 LNG를 포함하며,
    상기 경유 항로에는 ECA 지역이 포함되고,
    상기 항로 환경은 상기 경유 항로마다에서의 상기 선박의 화물 무게, 바람, 파랑 및 조류를 포함하는 추진 저항 요소를 포함하며,
    상기 연료 선택부는 상기 항해 거리와, 상기 경유 항로와, 그리고 상기 추진 저항 요소에 기초하여 상기 복수 연료 중 어느 하나의 연료를 자동으로 선택하여 상기 선박 엔진으로 공급하는 연료 자동 선택 알고리즘이 탑재되고,
    상기 연료 자동 선택 알고리즘은,
    상기 복수의 연료 게이지에 의해 측정된 상기 복수 연료 각각의 연료량에 따른 상기 선박의 운항 가능 거리와, 상기 선박의 목적지까지의 항해 거리와, 그리고 상기 경유 항로마다의 항로 환경에 기초하여, 상기 경유 항로마다 상기 복수 연료 각각이 소모되는 비율을 자동으로 계산하여 상기 선박 엔진으로 공급하되,
    상기 복수 연료 각각이 소모되는 비율은,
    상기 선박의 화물 무게가 기 설정된 기준을 초과하는 경우, 혹은 상기 바람, 파랑 및 조류에 의한 저항이 기 설정된 기준을 초과하는 경우에는, 상기 복수 연료 중 열량이 높은 연료를 선택하는 제1 기준과,
    상기 GPS 수신기를 통해 상기 선박이 상기 ECA 지역에 진입하는 경우에는, 상기 LNG를 연료로 선택하는 제2 기준과, 그리고
    상기 배기 가스 측정기를 통해 측정된 오염 물질의 농도가 기 설정된 기준을 초과하는 경우에는, 소모되는 상기 연료량을 줄이거나 혹은 상기 LNG를 연료로 선택하는 제3 기준을 충족하도록 계산되는, 선박의 이중 연료 추진시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 선택부는 상기 복수 연료 각각에 대한 연비를 계산하여 상기 복수 연료 각각이 소모되는 비율을 산출하는 선박의 이중 연료 추진시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 연료 선택부는,
    상기 복수 연료 각각에 대한 연비를 계산하는 연비 산출부;
    상기 복수 연료 각각에 대한 연비를 기초로, 상기 복수 연료 각각이 소모되는 비율을 산출하는 소모 비율 산출부; 및
    상기 소모 비율 산출부에 따라 상기 선박 엔진으로 상기 복수 연료의 공급을 제어하기 위한 신호를 생성하는 연료 제어부를 포함하는 선박의 이중 연료 추진시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수의 연료 탱크와 상기 선박 엔진을 연결하는 복수의 연료 라인을 개폐하기 위한 복수의 연료 밸브; 및
    상기 연료 제어부의 신호에 의해 상기 복수의 연료 밸브를 제어하기 위한 밸브 제어기를 더 포함하는 선박의 이중 연료 추진시스템.
  8. 삭제
  9. 제 1 항, 제 5 항, 제 6 항 또는 제 7 항에 따른 선박의 이중 연료 추진시스템이 탑재된 선박.
  10. 삭제
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