KR20120020266A - 터보차저발전장치 - Google Patents

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KR20120020266A
KR20120020266A KR1020100083778A KR20100083778A KR20120020266A KR 20120020266 A KR20120020266 A KR 20120020266A KR 1020100083778 A KR1020100083778 A KR 1020100083778A KR 20100083778 A KR20100083778 A KR 20100083778A KR 20120020266 A KR20120020266 A KR 20120020266A
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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Abstract

본 발명은 터보차저발전장치를 개시한다. 본 발명의 일 측면에 따른 터보차저발전장치는, 디젤엔진과 연결되어 배기가 유동하는 배기배관과, 상기 배기배관에 배치되는 터빈과, 상기 터빈에 연결되어 상기 터빈에 의해서 전기에너지를 생성하는 터보차저발전기모터와, 상기 터빈과 상기 터보차저발전기모터 사이에 배치되어 연동하는 변속기를 포함한다.

Description

터보차저발전장치 {Turbo charger generator }
본 발명은 터보차저발전장치에 관한 것이다.
선박의 경우 디젤(Diesel)을 연료로 하는 디젤엔진을 사용한다. 디젤엔진은 외기와 디젤을 혼합하여 내부에서 연소시킴으로써 구동한다.
이때, 디젤엔진의 효율은 여러 가지 요인에 의하여 결정된다. 특히 디젤엔진으로 유입되는 흡기 중 산소의 양에 따라서 디젤엔진의 효율이 결정된다. 따라서 디젤엔진의 효율을 상승시키기 위하여 흡기를 압축한다.
일반적으로 흡기를 압축하기 위하여 터보차저를 활용한다. 터보차저는 디젤엔진으로부터 배출되는 배기를 활용하여 흡기를 압축한다. 이때, 배기는 터보차저를 구동시키고 외부로 배출된다.
특히 디젤엔진이 고속으로 회전하는 경우, 배기는 터보차저를 충분히 구동시키고도 많은 양의 에너지를 더 포함한다. 따라서 배기에 포함된 에너지를 활용하기 위하여 다양한 방법이 연구되고 있다.
본 발명의 실시예들은 디젤엔진의 배기를 효과적으로 활용하는 터보차저발전장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면은, 디젤엔진과 연결되어 배기가 유동하는 배기배관과, 상기 배기배관에 배치되는 터빈과, 상기 터빈에 연결되어 상기 터빈에 의해서 전기에너지를 생성하는 터보차저발전기모터와, 상기 터빈과 상기 터보차저발전기모터 사이에 배치되어 연동하는 변속기를 포함하는 터보차저발전장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 변속기는 상기 터빈의 블레이드 회전수를 일정한 회전수로 변환하여 상기 터보차저발전기모터에 공급하거나, 상기 터빈과 상기 터보차저발전기모터의 연결을 분리할 수 있다.
또한, 상기 변속기는 상기 터빈으로부터 상기 터보차저발전기모터로 전달되는 회전력 또는 상기 터보차저발전기모터로부터 상기 터빈으로 전달되는 회전력의 방향을 전환하여 전달할 수 있다.
또한, 상기 터보차저발전기모터에 연결되어 상기 터보차저발전기모터로부터 생성되는 전기에너지를 저장하는 전기저장부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 터보차저발전기모터는 제 1 방향으로 회전하면 발전기 역할을 수행하고, 상기 제 1 방향과 반대방향인 제 2 방향으로 회전하면 모터의 역할을 수행할 수 있다.
또한, 상기 터빈의 블레이드 회전수를 측정하는 회전감지부와, 상기 디젤엔진의 부하를 감지하는 디젤엔진부하감지부와, 상기 회전감지부에서 감지된 회전수 및 상기 디젤엔진부하감지부에서 감지된 부하 중 적어도 하나를 근거로 상기 터보차저발전기모터, 상기 전기저장부 및 상기 변속기 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 터빈의 블레이드 회전수가 제 1 회전수 이하이면, 상기 제어부는 상기 전기저장부로터 전기에너지를 공급받아 상기 터보차저발전기모터로 공급하고, 상기 터보차저발전기모터를 상기 제 2 방향으로 회전시키도록 제어하고, 상기 터보차저발전기모터의 회전력을 상기 터빈에 전달하도록 상기 변속기를 제어하여 상기 터빈을 작동시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 터보차저발전기모터의 회전방향이 상기 터빈의 블레이드 회전방향과 반대방향일 경우, 상기 터빈으로 전달되는 회전력의 방향을 전환하도록 변속기를 제어할 수 있다.
또한, 상기 터빈의 블레이드 회전수가 제 1 회전수를 초과하고, 상기 제 1 회전수와 상이한 제 2 회전수 미만이면, 상기 제어부는 상기 터보차저발전기모터를 정지시키고 상기 터보차저발전기모터와 상기 터빈의 연결을 분리하도록 상기 변속기를 제어할 수 있다.
또한, 상기 터빈의 블레이드 회전수가 제 2 회전수를 초과하면, 상기 제어부는 상기 터빈의 블레이드 회전수를 일정한 회전수로 변환하여 상기 터보차저발전기모터에 공급하도록 변속기를 제어하고, 상기 터보차저발전기모터를 상기 제 1 방향으로 회전하도록 제어하여 상기 터보차저발전기모터에서 전기에너지를 생성할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 터보차저발전기모터의 회전방향이 상기 터빈의 블레이드 회전방향과 반대방향일 경우, 상기 터보차저발전기모터로 전달되는 회전력의 방향을 전환하도록 변속기를 제어할 수 있다.
또한, 상기 디젤엔진의 부하가 35%이하이면, 상기 제어부는 상기 전기저장부로부터 전기에너지를 공급받아 상기 터보차저발전기모터로 공급하고, 상기 터보차저발전기모터를 상기 제 2 방향으로 회전시키도록 제어하며, 상기 터보차저발전기모터의 회전력을 상기 터빈에 전달하도록 상기 변속기를 제어하여 상기 터보차저발전기모터의 회전력을 상기 터빈에 전달하여 상기 터빈을 작동시키고, 상기 디젤엔진의 부하가 35%를 초과하고 90%이하이면, 상기 터보차저발전기모터를 정지시키고 상기 터보차저발전기모터와 상기 터빈의 연결을 분리하도록 상기 변속기를 제어하며, 상기 디젤엔진의 부하가 90%를 초과하면, 상기 터빈의 블레이드 회전수를 일정한 회전수로 변환하여 상기 터보차저발전기모터에 공급하도록 변속기를 제어하고, 상기 터보차저발전기모터를 상기 제 1 방향으로 회전하도록 제어하여 상기 터보차저발전기모터에서 전기에너지를 생성할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 터보차저발전기모터의 회전방향이 상기 터빈의 블레이드 회전방향과 반대방향일 경우, 상기 터빈으로 전달되는 회전력의 방향 또는, 상기 터보차저발전기모터로 전달되는 회전력의 방향을 전환하도록 변속기를 제어 할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 디젤엔진에서 배출되는 배기를 활용하여 전기에너지를 생성한다. 따라서 배기에 포함된 잉여 에너지를 효과적으로 활용한다. 또한, 본 발명의 실시예들은 잉여 에너지를 저장하였다가 디젤엔진이 저속인 경우 활용하여 디젤엔진 효율을 증대시킨다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터보차저발전장치를 보여주는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터보차저발전장치를 보여주는 개념도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터보차저발전장치(100)를 보여주는 개념도이다.
도 1을 참고하면, 터보차저발전장치(100)는 디젤엔진(150)과 연결되어 배기가 유동하는 배기배관(110)을 포함한다.
배기배관(110)은 디젤엔진(150)의 일측에 체결된다. 배기배관(110)은 디젤엔진(150)에서 발생하는 연소물을 외부로 안내한다.
터보차저발전장치(100)는 배기배관(110)에 배치되는 터빈(120)을 포함한다. 터빈(120)은 상기 배기에 의하여 회전하는 적어도 하나의 블레이드(미도시)를 포함한다.
터빈(120)의 일측에는 구동샤프트(미표기)가 체결되어 압축기(C)와 연결된다. 이때, 상기 배기에 의하여 상기 적어도 하나의 블레이드가 회전하면, 압축기(C)에서 흡기를 압축시킨다.
터보차저발전장치(100)는 변속기(130)의 일측에 체결되는 터보차저발전기모터(140)를 포함한다. 터보차저발전기모터(140)는 회전의 방향에 따라 발전기 또는 모터의 역할을 수행한다.
예를 들면, 터보차저발전기모터(140)가 제 1 방향으로 회전하면 발전기의 역할을 수행하고, 터보차저발전기모터(140)가 제 1 방향과 반대방향인 제 2 방향으로 회전하면 모터의 역할을 수행할 수 있다.
한편, 터보차저발전장치(100)는 터빈(120)과 연동하는 변속기(130)를 포함한다. 변속기(130)는 다양하게 형성될 수 있다. 이때, 변속기(130)는 풀리 형태로 형성될 수 있다. 또한, 변속기(130)는 복수개의 기어들(미도시)로 형성될 수 있다.
변속기(130)는 터빈(120)의 일측에 배치된다. 변속기(130)는 터빈(120)의 구동에 따라 가변한다. 따라서 변속기(130)는 터빈(120)의 구동에 적합하도록 작동한다.
예들 들면, 변속기(130)는 터빈(120)의 블레이드들이 고속으로 회전하는 경우, 터빈(120)의 블레이드들의 회전수를 터보차저발전기모터(140)에서 전기를 생성할 수 있는 일정한 회전수로 변환하여 터보차저발전기모터(140)에 공급한다.
반면, 변속기(130)는 터빈(120)의 블레이드들이 저속으로 회전하는 경우, 터번(120)과 터보차저발전기모터(140)를 분리시킴으로써 터보차저발전기모터(140)에 의하여 터빈(120)의 회전이 감속되는 것을 방지한다.
또한, 변속기(130)는 터빈(120)으로부터 터보차저발전기모터(140)로 전달되는 회전력의 방향을 전환하여 전달할 수 있다. 변속기(130)는 터보차저발전기모터(140)으로부터 터빈(120)으로 전달되는 상기 회전력의 방향을 전환하여 전달할 수 있다.
터보차저발전장치(100)의 작동을 살펴보면, 선박(미도시)이 운항하는 경우 디젤엔진(150)이 구동된다. 이때, 압축기(C)는 흡기를 압축하여 디젤엔진(150)으로 공급한다.
디젤엔진(150)은 압축된 상기 흡기와 디젤(Diesel)을 혼합하여 연소시킨다. 디젤엔진(150)은 상기 연소로 인한 열에너지로 구동된다.
한편, 상기 디젤과 상기 흡기의 연소에 의하여 디젤엔진(150)의 내부에는 연소물이 생성된다. 상기 연소물은 디젤엔진(150)의 배기로 배출된다.
상기 배기는 배기배관(110)을 통하여 외부로 안내된다. 이때, 상기 배기는 터빈(120)의 블레이드들에 충돌한다. 상기 블레이드들은 상기 배기에 의하여 회전한다.
상기 블레이드들이 회전하면, 회전력은 변속기(130)로 전달된다. 이때, 변속기(130)는 상기 회전력을 터보차저발전기모터(140)에 전달한다.
터보차저발전기모터(140)는 상기 회전력에 의하여 상기 제 1 방향으로 회전한다. 이때, 터보차저발전기모터(140)는 상기 제 1 방향으로 회전하면서 전기에너지를 생성한다.
상기 전기에너지는 상기 선박의 각 부위로 전송되어 상기 선박의 운항에 필요한 전기에너지를 공급한다.
따라서 디젤엔진(150)에서 발생하는 상기 배기를 통하여 전기에너지를 효율적으로 생산하여 상기 선박에 공급할 수 있다. 또한, 상기 배기에 포함된 에너지 일부를 흡수하여 활용할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터보차저발전장치(200)를 보여주는 개념도이다.
도 2를 참고하면, 터보차저발전장치(200)는 상기 도 1에서 설명한 바와 같이 배기배관(210), 터빈(220), 터보차저발전기모터(240) 및 변속기(230)를 포함한다.
터보차저발전장치(200)는 터보차저발전기모터(240)와 전기적으로 연결되는 전기저장부(270)를 더 포함할 수 있다. 또한, 터보차저발전장치(200)는 전기저장부(270)와 터보차저발전기모터(240) 사이에 배치되는 변환기(260)를 더 포함할 수 있다.
전기저장부(270)는 터보차저발전기모터(240)에서 생성되는 전기에너지를 저장하는 모든 수단 및 장치를 포함할 수 있다. 예를 들면, 전기저장부(270)는 2차전지(미도시)를 포함할 수 있다.
전기저장부(270)는 터보차저발전기모터(240)에서 생성되는 상기 전기에너지를 임시적으로 화학에너지로 저장할 수 있다. 또한, 전기저장부(270)는 터보차저발전기모터(240)로 저장된 상기 화학에너지를 상기 전기에너지로 변환하여 공급할 수 있다.
한편, 터보차저발전장치(200)의 작동을 살펴보면, 상기 선박의 운항에 따라 디젤엔진(250)이 구동된다.
디젤엔진(250)이 구동되면, 상기 도 1에서 설명한 바와 같이 상기 흡기와 상기 배기가 발생한다.
상기 배기는 배기배관(210)을 통하여 외부로 배출된다. 상기 배기는 터빈(220)의 상기 블레이드들을 회전시킨다. 이때, 상기 블레이드들은 정회전한다. 상기 블레이드들이 정회전하면서 발생하는 회전력은 변속기(230)를 통하여 터보차저발전기모터(240)로 전달된다. 이때, 터보차저발전기모터(240)는 상기 제 1 방향으로 회전하면서 상기 전기에너지를 생성한다. 상기 전기에너지는 변환기(260)로 전송된다. 변환기(260)는 상기 전기에너지를 교류에서 직류로 변환시킨다.
직류로 변환된 상기 전기에너지는 전기저장부(270)로 전송된다. 전기저장부(270)는 상기 전기에너지를 상기 화학에너지로 변환시킨다.
이때, 전기저장부(270)는 상기 화학에너지를 저장한다. 전기저장부(270)는 필요에 따라 상기 화학에너지를 상기 전기에너지로 변환시켜 상기 선박의 필요한 부위로 전송한다.
한편, 터보차저발전장치(200)는 터빈(220)의 상기 블레이드들의 회전수를 감지하는 회전수감지부(221)를 더 포함할 수 있다. 또한, 터보차저발전장치(200)는 디젤엔진(250)의 샤프트(미도시)의 회전수를 감지하는 디젤엔진부하감지부(251)를 더 포함할 수 있다.
또한, 터보차저발전장치(200)는 회전감지부(221)에서 감지된 회전수 또는 디젤엔진부하감지부(251)에서 감지된 부하를 근거로 터보차저발전기모터(240) 또는 터빈(220)을 제어하는 제어부(290)를 포함할 수 있다. 제어부(290)는 변속기(230) 및 전기저장부(270)를 제어할 수 있다.
회전수감지부(221)는 터빈(220)의 상기 블레이드들이 회전할 때, 상기 블레이드들의 회전수를 감지한다. 회전수감지부(221)는 상기 회전수를 감지하여 제어부(290)로 전송한다.
제어부(290)는 상기 회전수를 근거로 상기 전기에너지를 생산하도록 터보차저발전기모터(240)를 제어한다. 예를 들면, 상기 회전수가 제 1 회전수를 이하인 것으로 판단되면, 제어부(290)는 터보차저발전기모터(240)에서 상기 전기에너지를 생산하지 않도록 하기 위해서 변속기(230)가 터빈(220)에서 발생하는 상기 회전력을 터보차저발전기모터(240)에 전달하지 않도록 제어한다.
한편, 상기 회전수가 상기 제 1 회전수 이하인 경우, 터보레그(Turbo Lag)가 발생할 수 있다. 이때, 디젤엔진(250)의 낮은 회전수 영역에서 배기가스량이 적어 터빈(220)의 블레이드들이 천천이 돌게 되고, 이로 인해 과급량이 적어지게 된다. 따라서 상기 터보레그가 발생하면, 디젤엔진(250)은 적정 회전수가 될 때까지 과급량이 제한되는 현상이 발생할 수 있다.
이때, 제어부(290)는 전기저장부(270)로부터 터보차저발전기모터(240)로 상기 전기에너지를 공급하도록 전기저장부(270)를 제어한다. 터보차저발전기모터(240)는 제 2 방향으로 회전하여 회젼력을 생성한다. 제어부(290)는 변속기(230)가 터보차저발전기모터(240)에서 발생하는 회전력을 터빈(220)에 공급하도록 제어한다.
이때, 제어부(290)는 변속기(230)가 터빈(220)의 블레이드의 회전방향과 동일한 방향으로 상기 회전력을 터빈(220)에 공급하도록 제어한다.
예를 들면, 제어부(290)는 터보차저발전기모터(240)의 회전방향이 터빈(220)의 블레이드 회전방향과 반대방향일 경우, 터빈(220)으로 전달되는 회전력의 방향을 전환하도록 변속기(230)를 제어할 수 있다.
반면, 제어부(290)는 터보차저발전기모터(240)의 회전방향이 터빈(220)의 블레이드 회전방향과 동일한 방향일 경우, 터빈(220)으로 전달되는 회전력의 방향을 전환시키기 않도록 변속기(230)를 제어할 수 있다.
터빈(220)은 상기 회전력을 공급받아 상기 블레이드들을 회전시킬 수 있다. 따라서 터빈(220)은 효과적으로 압축기(C)를 가동시킨다.
반면, 상기 회전수가 제 1 회전수를 초과하고 제 2 회전수 미만인 경우, 제어부(290)는 터보차저발전기모터(240)를 정지시키고 터빈(220)과 터보차저발전기모터(240)를 분리하도록 변속기(230)를 제어한 후, 터빈(220)를 원상태로 작동시킨다.
즉, 터빈(220)은 디젤엔진(250)으로부터 배출되는 배기에 의해서만 압축기(C)를 작동시킨다.
이때, 상기 제 1 회전수와 상기 제 2 회전수는 서로 상이하게 설정될 수 있다. 또한, 상기 제 1 회전수는 상기 제 2 회전수보다 작게 설정될 수 있다.
한편, 상기 회전수가 상기 제 2 회전수를 초과하면, 제어부(290)는 상기에서 설명한 바와 같이 상기 전기에너지를 생성하도록 터보차저발전기모터(240)를 제어한다.
이때, 변속기(230)는 터빈(220)의 블레이드들의 회전수를 터보차저발전기모터(240)에서 전기를 생성할 수 있는 일정한 회전수로 변환하여 터보차저발전기모터(240)에 공급한다. 터보차저발전기모터(240)는 상기 제 1 방향으로 회전하여 전기에너지를 생성한다.
이때, 제어부(290)는 터보차저발전기모터(240)의 회전방향이 터빈(220)의 블레이드 회전방향과 반대방향일 경우, 터보차저발전기모터(240)로 전달되는 회전력의 방향을 전환하도록 변속기(230)를 제어할 수 있다.
또한, 제어부(290)는 터보차저발전기모터(240)의 회전방향이 터빈(220)의 블레이드 회전방향과 동일한 방향일 경우, 터보차저발전기모터(240)로 전달되는 회전력의 방향을 전환시키지 않도록 변속기(230)를 제어할 수 있다.
상기 전기에너지는 변환기(260)를 거쳐 전기저장부(270)에 저장된다. 따라서 상기 전기에너지를 저장하였다가 필요 시 용이하게 공급할 수 있다.
한편, 디젤엔진부하감지부(251)는 디젤엔진(250)이 작동하는 경우, 디젤엔진(250)의 샤프트의 회전수를 감지한다. 디젤엔진부하감지부(251)는 상기 샤프트의 회전수를 근거로 디젤엔진(250)의 부하정도를 감지한다.
디젤엔진부하감지부(251)는 상기 감지된 부하를 제어부(290)에 전송한다. 제어부(290)는 상기 부하를 근거로 상기 전기에너지를 생성하도록 터보차저발전기모터(240)를 제어한다.
예를 들면, 상기 부하가 35% 이하인 것으로 판단되면, 제어부(290)는 전기저장부(270)로부터 터보차저발전기모터(240)에 상기 전기에너지를 공급하도록 전기저장부(270)를 제어한다.
이때, 터보차저발전기모터(240)는 상기 전기에너지에 의하여 구동된다. 터보차저발전기모터(240)는 상기 전기에너지에 의하여 상기 제 2 방향으로 회전하여 상기 회전력을 생성한다.
상기 회전력은 변속기(230)를 통하여 터빈(220)에 공급된다. 이때, 제어부(290)는 변속기(230)가 터빈(220)의 블레이드의 회전방향과 동일한 방향으로 상기 회전력을 터빈에(220) 공급하도록 제어한다.
예를 들면, 제어부(290)는 터보차저발전기모터(240)의 회전방향이 터빈(220)의 블레이드 회전방향과 반대방향일 경우, 터빈(220)으로 전달되는 회전력의 방향을 전환하도록 변속기(230)를 제어할 수 있다.
반면, 제어부(290)는 터보차저발전기모터(240)의 회전방향이 터빈(220)의 블레이드 회전방향과 동일한 방향일 경우, 터빈(220)으로 전달되는 회전력의 방향을 전환시키기 않도록 변속기(230)를 제어할 수 있다.
한편, 상기 부하가 35%를 초과하고 90%이하이면, 제어부(290)는 터보차저발전기모터(240)가 상기 전기에너지를 생산하지 않도록 제어한다. 이때, 제어부(290)는 변속기(230)가 터빈(220)에서 발생하는 상기 회전력을 터보차저발전기모터(240)로 전달하지 않도록 제어한다.
상기 부하가 90%를 초과하는 경우 제어부(290)는 터보차저발전기모터(240)가 상기 전기에너지를 생산하도록 제어한다. 이때, 터보차저발전기모터(240)는 상기 제 1 방향으로 회전하여 상기 전기에너지를 생산한다.
한편, 제어부(290)는 변속기(230)가 터빈(220)에서 발생하는 상기 회전력을 터보차저발전기모터(240)에 공급하도록 제어한다.
이때, 제어부(290)는 터보차저발전기모터(240)의 회전방향이 터빈(220)의 블레이드 회전방향과 반대방향일 경우, 터보차저발전기모터(240)로 전달되는 회전력의 방향을 전환하도록 변속기(230)를 제어할 수 있다.
또한, 제어부(290)는 터보차저발전기모터(240)의 회전방향이 터빈(220)의 블레이드 회전방향과 동일한 방향일 경우, 터보차저발전기모터(240)로 전달되는 회전력의 방향을 전환시키지 않도록 변속기(230)를 제어할 수 있다.
한편, 상기 전기에너지는 변환기(260)를 거쳐 전기저장부(270)에 공급된다. 전기저장부(270)는 상기 전기에너지를 상기 화학에너지로 변환하여 저장한다.
한편, 상기와 같이 상기 블레이드들의 회전수가 상기 제 1 회전수 미만이거나 상기 부하가 35% 이하인 경우, 터빈(220)의 상기 블레이드들의 회전수가 급감한다.
이때, 상기 블레이드들의 회전수가 급감하게 되면, 배기가 원활하게 배출되지 않는다. 따라서 터빈(220)의 효율이 감소되어 압축기(C)의 성능이 저하된다.
압축기(C)의 성능저하에 따라 압축된 흡기를 공급하지 못하여 디젤엔진(250)의 성능이 저하된다. 따라서 상기 조건을 만족하는 경우 제어부(290)는 터보차저발전기모터(240)를 상기 제 2 방향으로 회전시켜 모터의 역할을 수행하도록 제어한다.
한편, 터보차저발전기모터(240)가 모터의 역할을 수행하는 경우를 살펴보면, 상기에서와 같이 제어부(290)는 터보차저발전기모터(240) 및 전기저장부(270)를 제어한다.
디젤엔진(250)의 부하가 35% 이하인 경우나 상기 블레이드들의 회전수가 상기 제 1 회전수 이하인 경우, 제어부(290)는 터보차저발전기모터(240)가 전기저장부(270)로부터 상기 전기에너지를 공급받도록 제어한다.
이때, 제어부(290)는 전기저장부(270)가 상기 화학에너지를 상기 전기에너지로 변환하여 공급하도록 제어한다. 상기 전기에너지는 변환기(260)를 통하여 직류에서 교류로 변환된다.
교류로 변환된 상기 전기에너지는 터보차저발전기모터(240)로 전송된다. 이때, 제어부(290)는 터보차저발전기모터(240) 상기 전기에너지를 활용하여 상기 제 2 방향으로 회전시킴으로써 모터의 역할을 수행하도록 제어한다.
터보차저발전기모터(240)는 상기 전기에너지에 의하여 구동력을 발생시킨다. 이때, 상기 구동력은 변속기(230)로 전송된다. 제어부(290)는 변속기(230)가 상기 구동력을 근거로 터빈(220)의 상기 블레이드들의 회전수를 가변하도록 제어한다. 이때, 상기의 변속기(230)의 제어방법은 상기에서 설명한 내용과 동일 또는 유사하게 수행되므로 상세한 설명은 생략한다.
한편, 제어부(290)는 회전수감지부(221)를 통하여 상기 블레이드들의 회전수를 전송 받는다. 제어부(290)는 상기 회전수를 피드백 받아 상기 구동력의 크기를 변환하여 터빈(220)에 공급하도록 변속기(230)를 제어한다.
터빈(220)은 상기와 같이 성능이 저하되는 경우, 상기 구동력을 전달받아 더욱 가속되어 구동된다. 이때, 변속기(230)는 상기 블레이드들이 적합한 회전수를 확보하도록 상기 블레이드들을 구동시킨다.
따라서 상기 블레이드들은 적합한 회전수를 확보하여 배기를 원활하게 배출시킨다. 또한, 압축기(C)는 상기 블레이드들의 회전에 의하여 흡기를 용이하게 압축할 수 있다.
상기 압축된 흡기는 디젤엔진(250)으로 공급되어 디젤엔진(250)의 효율을 증대시킨다. 따라서 터보차저발전장치(200)는 디젤엔진(250)의 성능을 향상시킨다. 또한, 터보차저발전장치(200)는 외부로 배출되는 배기를 효과적으로 활용할 수 있다.
한편, 터보차저발전장치(200)은 회전감지부(221)에서 감지된 회전수 및 디젤엔진부하감지부(251)에서 감지된 부하 중 적어도 하나를 근거로 터보차저발전기모터(240) 및 터빈(220) 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 터보차저발전장치(200)가 제어되는 방법은 상기에서 설명한 바와 동일 또는 유사하게 수행되므로 이하에서는 설명을 생략하기로 한다.
따라서 터보차저발전장치(200)는 외부로 배출되는 배기를 효과적으로 활용할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 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 포함된다고 할 것이다.
100, 200 : 터보차저발전장치
110, 210 : 배기배관
120, 220 : 터빈
130, 230 : 변속기
140, 240 : 터보차저발전기모터
150, 250 : 디젤엔진
260 : 변환기
270 : 전기저장부

Claims (13)

  1. 디젤엔진과 연결되어 배기가 유동하는 배기배관과,
    상기 배기배관에 배치되는 터빈과,
    상기 터빈에 연결되어 상기 터빈에 의해서 전기에너지를 생성하는 터보차저발전기모터와,
    상기 터빈과 상기 터보차저발전기모터 사이에 배치되어 연동하는 변속기를 포함하는 터보차저발전장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 변속기는 상기 터빈의 블레이드 회전수를 일정한 회전수로 변환하여 상기 터보차저발전기모터에 공급하거나, 상기 터빈과 상기 터보차저발전기모터의 연결을 분리하는 터보차저발전장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 변속기는 상기 터빈으로부터 상기 터보차저발전기모터로 전달되는 회전력 또는 상기 터보차저발전기모터로부터 상기 터빈으로 전달되는 회전력의 방향을 전환하여 전달하는 터보차저발전장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 터보차저발전기모터에 연결되어 상기 터보차저발전기모터로부터 생성되는 전기에너지를 저장하는 전기저장부를 더 포함하는 터보차저발전장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 터보차저발전기모터는 제 1 방향으로 회전하면 발전기 역할을 수행하고, 상기 제 1 방향과 반대방향인 제 2 방향으로 회전하면 모터의 역할을 수행하는 터보차저발전장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 터빈의 블레이드 회전수를 측정하는 회전감지부와,
    상기 디젤엔진의 부하를 감지하는 디젤엔진부하감지부와,
    상기 회전감지부에서 감지된 회전수 및 상기 디젤엔진부하감지부에서 감지된 부하 중 적어도 하나를 근거로 상기 터보차저발전기모터, 상기 전기저장부 및 상기 변속기 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 더 포함하는 터보차저발전장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 터빈의 블레이드 회전수가 제 1 회전수 이하이면, 상기 제어부는 상기 전기저장부로터 전기에너지를 공급받아 상기 터보차저발전기모터로 공급하고, 상기 터보차저발전기모터를 상기 제 2 방향으로 회전시키도록 제어하고, 상기 터보차저발전기모터의 회전력을 상기 터빈에 전달하도록 상기 변속기를 제어하여 상기 터빈을 작동시키는 터보차저발전장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어부는 상기 터보차저발전기모터의 회전방향이 상기 터빈의 블레이드 회전방향과 반대방향일 경우, 상기 터빈으로 전달되는 회전력의 방향을 전환하도록 변속기를 제어하는 터보차저발전장치.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 터빈의 블레이드 회전수가 제 1 회전수를 초과하고, 상기 제 1 회전수와 상이한 제 2 회전수 미만이면, 상기 제어부는 상기 터보차저발전기모터를 정지시키고 상기 터보차저발전기모터와 상기 터빈의 연결을 분리하도록 상기 변속기를 제어하는 터보차저발전장치.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 터빈의 블레이드 회전수가 제 2 회전수를 초과하면, 상기 제어부는 상기 터빈의 블레이드 회전수를 일정한 회전수로 변환하여 상기 터보차저발전기모터에 공급하도록 변속기를 제어하고, 상기 터보차저발전기모터를 상기 제 1 방향으로 회전하도록 제어하여 상기 터보차저발전기모터에서 전기에너지를 생성하는 터보차저발전장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제어부는 상기 터보차저발전기모터의 회전방향이 상기 터빈의 블레이드 회전방향과 반대방향일 경우, 상기 터보차저발전기모터로 전달되는 회전력의 방향을 전환하도록 변속기를 제어하는 터보차저발전장치.
  12. 청구항 6에 있어서,
    상기 디젤엔진의 부하가 35%이하이면, 상기 제어부는 상기 전기저장부로부터 전기에너지를 공급받아 상기 터보차저발전기모터로 공급하고, 상기 터보차저발전기모터를 상기 제 2 방향으로 회전시키도록 제어하며, 상기 터보차저발전기모터의 회전력을 상기 터빈에 전달하도록 상기 변속기를 제어하여 상기 터보차저발전기모터의 회전력을 상기 터빈에 전달하여 상기 터빈을 작동시키고,
    상기 디젤엔진의 부하가 35%를 초과하고 90%이하이면, 상기 터보차저발전기모터를 정지시키고 상기 터보차저발전기모터와 상기 터빈의 연결을 분리하도록 상기 변속기를 제어하며,
    상기 디젤엔진의 부하가 90%를 초과하면, 상기 터빈의 블레이드 회전수를 일정한 회전수로 변환하여 상기 터보차저발전기모터에 공급하도록 변속기를 제어하고, 상기 터보차저발전기모터를 상기 제 1 방향으로 회전하도록 제어하여 상기 터보차저발전기모터에서 전기에너지를 생성하는 터보차저발전장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제어부는 상기 터보차저발전기모터의 회전방향이 상기 터빈의 블레이드 회전방향과 반대방향일 경우, 상기 터빈으로 전달되는 회전력의 방향 또는,
    상기 터보차저발전기모터로 전달되는 회전력의 방향을 전환하도록 변속기를 제어하는 터보차저발전장치.
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