KR20190056150A - Lngc의 dfde를 기반으로 하는 융합형 추진시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LNGC의 DFDE를 기반으로 하는 융합형 추진시스템에 있어서: 스위치보드(10)에 전력을 공급하는 메인발전기(23)를 지닌 동력원수단(20); 선체에 해수가 유동하는 스쿠프(30)를 형성하고, 수력발전기(25)로 전력을 생성하는 보조동력원수단; 및 상기 동력원수단(20)과 보조동력원수단을 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어기(40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, DFDE 방식의 동력원으로 추진하는 LNG 선박에서 친환경적 방식으로 추진용 전력을 생성하는 동력원을 부가하여 연료소모량(FOC)을 절감을 도모하는 효과가 있다.

Description

LNGC의 DFDE를 기반으로 하는 융합형 추진시스템 {Convergent Propulsion system based on DFDE of LNG carrier}
본 발명은 LNGC의 추진시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 DFDE를 동력원으로 추진하는 LNG 선박에 다른 동력원을 부가하기 위한 LNGC의 DFDE를 기반으로 하는 융합형 추진시스템에 관한 것이다.
종래의 LNGC의 추진용 동력원으로 DFDE(Duel Fuel Diesel Electric)에서 발생된 전기를 사용하며, 이 전기는 스위치보드(SWBD)에서 구동모터(EPS), 감속기(RG)를 거쳐 프로펠러의 추력을 유발한다.
여타의 선박과 마찬가지로 LNG 선박에서도 친환경성을 확보하면서 유지관리 비용을 줄이기 위한 다양한 시도가 이어지고 있다. 그러한 시도 중의 일환으로서 해수가 유동하는 스쿠프(Scoop)를 활용하는 방안이 검토될 수 있다.
이와 관련되어 참고할 수 있는 선행기술문헌으로서 한국 등록특허공보 제0381820호(선행문헌 1), 한국 등록특허공보 제0650613호(선행문헌 2) 등의 특허문헌이 알려져 있다.
선행문헌 1에 의하면 반동케이스에는 통로의 출구를 대략 45ㅀ각도로 전면으로 향하게 형성한 후진스쿠프를 축으로 설치하여 축받이에 핀으로 고정한 실린더의 피스톤로드에 의하여 상하로 이동시킬 수 있도록 한다. 전진, 방향전환, 후진되는 구성의 워터제트 추진장치에 간단한 구조로 구성하여 생산비를 절감하고 유지관리비의 부담을 줄이는 효과를 기대한다.
선행문헌 2에 의한 스쿠프시스템에서는 배의 추진만으로 메인 콘덴서의 냉각을 위한 해수를 확보할 수 있고, 원활한 유동배출을 위하여 반달형 원통 모양의 유량 배출구측 단부에 립이 설치된다. 이에, 프로펠러 캐비테이션 발생이 감소하도록 작용함은 물론 프로펠러 캐비테이션에 의한 선체기진력도 현저히 감소되는 효과를 기대한다.
그러나, 상기한 선행문헌에 의하면 친환경성을 고려하지 않을 뿐더러 연료소모량(FOC)을 절감하는 측면에서 개선의 여지를 보이고 있다.
한국 등록특허공보 제0381820호 "선박용 워터제트 추진장치" (공개일자 : 2005.04.15.) 한국 등록특허공보 제0650613호 "LNG선의 유량 배출구 배치 방법" (공개일자 : 2006.07.06.)
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, DFDE(Duel Fuel Diesel Electric) 방식의 동력원으로 추진하는 LNG 선박에서 다른 방식으로 추진용 전력을 생성하는 동력원을 부가하기 위한 LNGC의 DFDE를 기반으로 하는 융합형 추진시스템을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 LNGC의 DFDE를 기반으로 하는 융합형 추진시스템에 있어서: 스위치보드에 전력을 공급하는 메인발전기를 지닌 동력원수단; 선체에 해수가 유동하는 스쿠프를 형성하고, 수력발전기로 전력을 생성하는 보조동력원수단; 및 상기 동력원수단과 보조동력원수단을 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어기;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 보조동력원수단은 입수부와 출수부 사이의 직선 유로에서 원형 단면을 유지하도록 스쿠프를 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 보조동력원수단은 수력발전기로서 튜블러터빈을 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어기는 선체의 운항 속도를 검출하는 선속검출부, 스쿠프의 해수 유동 속도를 검출하는 유속검출부, 수력발전기의 전후에서 차압을 검출하는 차압검출부 중 적어도 하나의 신호를 이용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어기는 운항모드에 따라 스위치보드에서 프로펠러용 구동모터로 전달하는 전력 분담을 조절하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, DFDE 방식의 동력원으로 추진하는 LNG 선박에서 친환경적 방식으로 추진용 전력을 생성하는 동력원을 부가하여 연료소모량(FOC)을 절감을 도모하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 시스템의 전체 구성을 나타내는 블록도
도 2는 본 발명에 따른 시스템의 주요 구성을 나타내는 모식도
도 3은 본 발명에 따른 시스템의 회로 연결을 나타내는 블록도
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 LNGC의 DFDE를 기반으로 하는 융합형 추진시스템에 관하여 제안한다. 통상 DFDE(Duel Fuel Diesel Electric)을 추진용 동력원으로 하는 LNGC를 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 예컨대 LNG를 연료로 하는 여타의 LFS(LNG Fueled Ship)에도 적용할 수 있다.
본 발명에 따르면 동력원수단(20)이 스위치보드(10)에 전력을 공급하는 메인발전기(23)를 지닌 구조이다. 메인발전기(23)는 DFDE로서 스위치보드(10)를 통하여 구동모터(15)에 전력을 공급하며, 구동모터(15)의 동력은 감속기를 통하여 프로펠러에 전달된다. 도 1에서 동력원수단(20)으로 3개의 메인발전기(23)가 스위치보드(10)에 병렬로 연결된 상태를 예시한다. 도 2에서 메인발전기(23)와 더불어 메인엔진(21)이 설치되는 상태도 예시한다.
또, 본 발명에 따르면 보조동력원수단이 선체에 해수가 유동하는 스쿠프(30)를 형성하고, 수력발전기(25)로 전력을 생성하는 구조이다. 보조동력원수단은 메인발전기(23)와 함께 병렬로 스위치보드(10)에 연결되는 것으로서, 친환경성을 기반으로 연료소모량(FOC)의 절감에 기여하는 방식으로 요구된다. 통상 스쿠프(30)는 선체 내부로 해수를 유동시켜 주요 장비의 일부를 냉각하는 용도로 활용된다. 본 발명은 선저 또는 측면에 형성되는 스쿠프(30) 상에 수력발전기(25)를 설치하여 메인발전기(23)의 역할을 분담하도록 구성한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 보조동력원수단은 입수부(31)와 출수부(32) 사이의 직선 유로에서 원형 단면을 유지하도록 스쿠프(30)를 형성하는 것을 특징으로 한다. 발전용 스쿠프(30)는 냉각용에 비하여 보다 해수유동 에너지 감소를 최소화하는 구조로 적용된다. 입수부(31)는 출수부(32)보다 충분히 넓게 형성하고 전체적으로 표면조도를 높게 유지한다. 입수부(31)와 출수부(32) 사이의 직선 유로는 수력발전기(25)의 발전을 수행하는 영역으로서 발전효율 측면에서 원형 단면으로 형성하는 것이 바람직하다.
도 2를 참조하면, 스쿠프(30)의 입수부(31)와 출수부(32)에 유로개폐용 밸브(33)가 설치된다. 밸브(33)는 원격 제어가 가능한 전동식이 선호되지만, 특히 출수부(32)의 밸브(33)는 수동식으로 구성할 수 있다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 보조동력원수단은 수력발전기(25)로서 튜블러터빈(35)을 사용하는 것을 특징으로 한다. 튜블러터빈(35)은 스쿠프(30)와 같은 직선의 원형관에 적합하고, 탱크 상부나 플로어(Floor)에 구성하기에 공간적으로 유리하다. 튜블러터빈(35)에 연결되는 발전기(도시 생략)는 스쿠프(30)의 상측으로 배치할 수 있다. 튜블러터빈(35)은 날개(러너)의 개도를 변경할 수 있는 구조로 적용하는 것이 좋다. 물론 수력발전기(25)는 선체의 구조에 대응하여 튜블러터빈(35) 외에 다른 형식으로 대체될 수 있다.
한편, 도 2처럼 스쿠프(30)의 입수부(31)에 인접하여 씨체스트가 연결될 수도 있다.
또, 본 발명에 따르면 제어기(40)가 상기 동력원수단(20)과 보조동력원수단을 설정된 알고리즘으로 제어하는 구조이다. 제어기(40)는 마이크로프로세서, 메모리, 입출력인터페이스를 탑재한 마이컴 회로로 구성된다. 설정된 알고리즘은 메모리에 메인프로그램, 서브루틴프로그램, 데이터 형태로 저장되고 실행된다. 동력원수단(20)과 보조동력원수단은 구동부(48)를 개재하여 출력인터페이스에 연결된다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어기(40)는 선체의 운항 속도를 검출하는 선속검출부(42), 스쿠프(30)의 해수 유동 속도를 검출하는 유속검출부(44), 수력발전기(25)의 전후에서 차압을 검출하는 차압검출부(46) 중 적어도 하나의 신호를 이용하는 것을 특징으로 한다. 선속검출부(42), 유속검출부(44), 차압검출부(46)는 제어기(40)의 입력인터페이스에 연결된다.
상기 선속검출부(42)를 통한 LNGC의 운항 속도 신호는 수력발전기(25)의 가동 여부를 결정하는 조건으로 활용될 수 있다.
상기 유속검출부(44)를 통한 스쿠프(30) 상의 해수 유동 속도의 신호는 수력발전기(25)의 부하 분담을 결정하는 조건으로 활용될 수 있다.
상기 차압검출부(46)를 통한 스쿠프(30) 상의 압력 감소 신호는 수력발전기(25)의 점검과 보수를 결정하는 조건으로 활용될 수 있다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어기(40)는 운항모드에 따라 스위치보드(10)에서 프로펠러용 구동모터(15)로 전달하는 전력 분담을 조절하는 것을 특징으로 한다. 제어기(40)는 선박의 정상 운항 조건(Normal Sea going condition)에서 연료소모량(FOC)을 절감하도록 구성된다. 선박이 정박 중이거나 운항 속도가 설정치 이하로 되면 수력발전기(25)의 발전을 중단한다. 메인발전기(23) 및 수력발전기(25) 간의 부하 분담은 최적의 FOC를 위하여 설정된 알고리즘(서브루틴 프로그램)으로 수행된다.
이때, 제어기(40)는 어느 경우에나 스위치보드(10)를 통하여 구동모터(15)에 소요되는 전력을 제공하며, 추력이 부족한 것으로 판단되는 경우 필요에 따라 메인엔진(21)의 가동을 통한 분담도 가능하다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
10: 스위치보드 15: 구동모터
20: 동력원수단 21: 메인엔진
23: 메인발전기 25: 수력발전기
30: 스쿠프 31: 입수부
32: 출수부 33: 밸브
35: 튜블러터빈 40: 제어기
42: 선속검출부 44: 유속검출부
46: 차압검출부 48: 구동부

Claims (5)

  1. LNGC의 DFDE를 기반으로 하는 융합형 추진시스템에 있어서:
    스위치보드(10)에 전력을 공급하는 메인발전기(23)를 지닌 동력원수단(20);
    선체에 해수가 유동하는 스쿠프(30)를 형성하고, 수력발전기(25)로 전력을 생성하는 보조동력원수단; 및
    상기 동력원수단(20)과 보조동력원수단을 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어기(40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 LNGC의 DFDE를 기반으로 하는 융합형 추진시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 보조동력원수단은 입수부(31)와 출수부(32) 사이의 직선 유로에서 원형 단면을 유지하도록 스쿠프(30)를 형성하는 것을 특징으로 하는 LNGC의 DFDE를 기반으로 하는 융합형 추진시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 보조동력원수단은 수력발전기(25)로서 튜블러터빈(35)을 사용하는 것을 특징으로 하는 LNGC의 DFDE를 기반으로 하는 융합형 추진시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기(40)는 선체의 운항 속도를 검출하는 선속검출부(42), 스쿠프(30)의 해수 유동 속도를 검출하는 유속검출부(44), 수력발전기(25)의 전후에서 차압을 검출하는 차압검출부(46) 중 적어도 하나의 신호를 이용하는 것을 특징으로 하는 LNGC의 DFDE를 기반으로 하는 융합형 추진시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기(40)는 운항모드에 따라 스위치보드(10)에서 프로펠러용 구동모터(15)로 전달하는 전력 분담을 조절하는 것을 특징으로 하는 LNGC의 DFDE를 기반으로 하는 융합형 추진시스템.
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