KR20210112207A

KR20210112207A - 선박의 축 발전기 운전 방법

Info

Publication number: KR20210112207A
Application number: KR1020200040538A
Authority: KR
Inventors: 김현재; 김상현; 노철호
Original assignee: 한국조선해양 주식회사
Priority date: 2020-03-04
Filing date: 2020-04-02
Publication date: 2021-09-14
Also published as: KR20210112208A; KR20210112212A; KR20220020876A; KR102334345B1; KR102504915B1; KR20210112211A; KR20210112209A; KR102478755B1; KR102371908B1; KR102478754B1; KR102334344B1; KR20210112213A; KR20210112210A

Abstract

본 발명은, PTH (power take home) 모드로 운전하는 선박의 축 발전기 운전 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 선박의 축 발전기 운전 방법은 엔진 제어 시스템이 선박의 메인 엔진 및 발전기 엔진을 동작 오프시키는 단계, 전력 관리 시스템이 축 발전기의 PTH(Power Take Home) 모드를 동작 온시키는 단계, 상기 엔진 제어 시스템이 메인 엔진의 연료 공급 동작을 오프시키고, 윤활유 공급 동작을 온시키는 단계, 상기 엔진 제어 시스템이 상기 축 발전기로 상기 선박을 추진시키는 단계를 포함할 수 있다.

Description

선박의 축 발전기 운전 방법{METHOD FOR DRIVING SHAFT GENERATOR OF SHIP}

본 발명은 선박의 축 발전기 운전 방법에 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.

최근 각종 해양 환경관련 규제가 심해지고 있는 상황에서 기존 선박 설비에서 추가비용 많이 없이 내연기관과 무공해 선박(zero-emission vessel)을 구현하는 것이 중요하다.

대한민국 등록특허공보 제10-2067405호

본 발명의 일 실시예에 따르면, PTH (power take home) 모드로 운전하는 선박의 축 발전기 운전 방법이 제공된다.

상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 선박의 축 발전기 운전 방법은 엔진 제어 시스템이 선박의 메인 엔진 및 발전기 엔진을 동작 오프시키는 단계, 전력 관리 시스템이 축 발전기의 PTH(Power Take Home) 모드를 동작 온시키는 단계, 상기 엔진 제어 시스템이 메인 엔진의 연료 공급 동작을 오프시키고, 윤활유 공급 동작을 온시키는 단계, 상기 엔진 제어 시스템이 상기 축 발전기로 상기 선박을 추진시키는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 선박의 엔진 마운티드 발전기를 PTH 모드로 운전할 수 있어, 무공해 모드(zero-emission mode) 운전, 비상상황대응 가능과 같은 엔진 마운티드 발전기의 활용방안을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 선박의 메인 엔진 통합 제어 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 선박의 축 발전기 운전 방법을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 선박의 축 발전기 운전 방법 중 PTH 모드의 운전 방법의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 선박의 축 발전기 운전 방법의 PTH 모드의 운전 방법의 다른 일 실시예를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 선박의 메인 엔진 통합 제어 시스템을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 선박의 축 발전기 운전 방법을 나타내는 도면이다.

먼저 도 1을 참조하면, 선박의 메인 엔진 통합 제어 시스템(100)는 메인 엔진(110), 발전기 엔진(120), 축 발전기(130), 발전된 전력의 전력 변환을 담당하는 전력 변환부(140), 엔진 제어 시스템(Engine Control System; ECS)(150) 및 전력 관리 시스템(Power Management System; PMS)(160)를 포함할 수 있다. 전력 변환부(140)는 발전된 전력의 주파수를 변환하는 가변 주파수 드라이브(Variable-Frequency Drive; VFD)(141), 변환된 전력을 부하에 공급하는 스위치 보드(Switchboard; SWBD)(142) 및 전력을 저장 및 공급하는 에너지 저장 시스템(Energy Saving System; ESS)를 포함할 수 있다. 축 발전기(130)는 메인 엔진에 부착되는 엔진 마운티드 발전기(Engine Mounted shaft Generator; EMG)일 수 있다.

상술한 축 발전기 중 인-라인 타입 축 발전기는 샤프트 클러치(shaft clutch)를 활용하여 메인 엔진과 축 발전기(shaft generator)사이의 연결 부분을 이용해서 축 발전기(shaft generator)의 PTH(Power Take Home, motor로 활용함) 모드를 통해 프로펠러를 돌리는 방식의 활용이 가능한 반면에, 엔진 마운티드 발전기(Engine Mounted shaft Generator; EMG)는 엔진에 부착되는 방식이라 샤프트 클러치(shaft clutch)를 활용할 수 있는 방안이 없다.

이와 같이 샤프트 클러치(shaft clutch)를 통하여 메인 엔진을 끊어서 프로펠러까지 동력을 전달할 수 없기 때문에, PTH 모드 개발이 어려운 상황이며, 또한, 메인 엔진을 돌리게 되면 자동으로 FO 시스템에서 FO를 메인 엔진의 실린더 내부로 분사하기 때문에 PTH 모드를 사용하는 목적인 메인 엔진 고장 시나, 무공해(Zero Emission) 구간에서 사용해야 하는 목적 자체를 잃어버릴 수 있기에 개발이 어려운 문제점이 있다.

다음으로, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 PTH(power take home) 모드로 동작하는 선박의 축 발전기 운전 방법을 볼 수 있다.

먼저, 엔진 제어 시스템(150)이 메인 엔진(M/E) 및 선박의 발전기 엔진(G/E)을 턴 오프시킨 후(S11), 전력 관리 시스템(160)는 선박의 엔진 마운티드 발전기(EMG)를 PTH 모드로 동작시키고(S12), 엔진 제어 시스템(150)은 메인 엔진(110)에 연료 공급을 종료시키며(S13), 메인 엔진(110)의 실린더에 윤활유 공급 동작이 작동될 수 있도록 제어할 수 있고(S14), 선박의 전기 모터는 추진될 수 있다(S15).

보다 상세하게는, 엔진 마운티드 발전기(EMG)를 모터로 동작하여 PTH 모드를 구현하더라도 중간 매개체인 메인 엔진의 상기한 문제점을 해결할 수 있도록 우선 엔진 제어 시스템(150)과 전력 관리 시스템(160)를 통해서 메인 엔진과 발전기 엔진(Generator engine)의 오프 상태를 엔진 제어 시스템(150)와 전력 관리 시스템(160)를 통해서 신호를 전달받은 엔진 제어 시스템(150)에서 확인한 후에, 엔진 제어 시스템(150)에서 연료를 분사하지 못하도록 연료 분사 밸브(Fuel Injection Valve)를 제어하는 유압 실린더 장치(hydraulic cylinder unit; HCU)에 전자제어 연료분사장치 밸브(Electronically controlled fuel injection system valve)를 닫도록 하는 신호를 보냄과 동시에 엔진 마운티드 발전기(130) 모터로 인해 강제로 실린더 내부에서 피스톤이 돌아가는 경우에 발생하는 마찰을 해소하기 위해서 전자제어 윤활 시스템(Electronically controlled lubrication system)에 스타딩 신호를 보내어 해당 윤활 시스템의 윤활유를 공급하는 실린더 오일 시스템(cylinder oil system)만 가동한다. 상기 사항이 제대로 작동되는 것을 엔진 제어 시스템(150)에서 확인한 후 엔진 마운티드 발전기(130)로 PTH 모드 운전이 가능하다는 신호를 전송한 후 PTH 모드를 통한 선박의 항해가 가능할 수 있다.

이에 따라, 시스템적으로 엔진 마운티드 발전기(EMG)가 PTH 모드로 작동 가능하며, 이를 통해서 엔진 마운티드 발전기(EMG)의 활용방안을 극대화(무공해 항해 모드((zero emission vessel; ZEV) mode), 비상상황 대응 가능)할 수 있다. 더하여, 메인 엔진(110)의 프리 엔드(free-end)에 설치하는 엔진 장착(Engine Mounted) 방식의 엔진 마운티드 발전기(Engine Mounted shaft Generator; EMG)(130)는 메인 엔진(110)의 크랭크 축에 연결되어, 메인 엔진과 프로펠러 사이의 중간축에 설치하는 방식의 인-라인 타입 축 발전기(in-line type shaft generator)에 대비하여 엔진 룸의 부피를 더 저감시킬 수도 있다.

도 3은 본 발명의 선박의 엔진 마운티드 발전기 운전 방법 중 PTH 모드의 운전 방법의 일 실시예를 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, PTH 모드를 동작 온시키는 단계는 상기 축 발전기에 의한 것이 아닌 기동 토크로 초기 기동 토크를 대체하는 단계를 포함할 수 있다. 초기 기동 토크를 축 발전기(shaft generator) 대신 감당할 대체 기동 수단이 필요할 수 있으므로, 메인 엔진(110) 기동 시 필요한 기능 중 하나인 기동 공기(Starting air)를 활용하여 실린더 내부 이물질 제거를 위한 슬로우 터닝(Slow turning)을 실행할 때 발생된 메인 엔진(110)의 크랭크 축(crank shaft)의 기동 토크를 활용하여 엔진 마운티드 발전기(130)의 PTH 기능을 도울 수 있다.

즉, 메인 엔진(110)이 동작 오프되면(S21), 슬로우 터닝(Slow turning)을 통한 기동 토크 확보 후(S22) 해당 관성을 유지한 채 엔진 마운티드 발전기(130)의 PTH 모드를 작동시키고(S23), 메인 엔진(110)의 슬로우 터닝 기능(Slow turning function) 신호를 엔진 마운티드 발전기(130)의 제어 로직과 연계해서 시스템을 구성할 수 있다. 메인 엔진(110)의 슬로우 터닝 기능(Slow turning function) 신호는 연소실 내 이물질 제거 및 피스톤 상사점을 찾기 위한 것으로, 예를 들어, 통상 엔진이 30분 이상 정지해 있으면, 30초 이내 한 사이클 슬로우 터닝(slow turning) 실시하고 엔진이 스타팅될 수 있다.

이에 따라, 기존에 축 발전기(shaft generator)의 PTH 활용을 위한 기동 토크 문제 부분이 해소 가능할 수 있다.

도 4는 본 발명의 선박의 엔진 마운티드 발전기 운전 방법의 PTH 모드의 운전 방법의 다른 일 실시예를 나타내는 도면이다.

먼저, 엔진 마운티드 발전기(130)를 포함한 축 발전기(Shaft generator)의 PTH 모드를 활용하기 위한 방안 중 가장 문제되는 것은 메인 엔진 대비 10%~20%의 작은 축 발전기(Shaft generator)로 큰 프로펠러를 돌려야 하는 경우에 초기 기동 토크가 부족해서 PTH 방식으로 활용하기 어렵다는 것이다.

축 발전기(Shaft generator)의 PTH 모드를 검토하는 경우에도, 초기 필요 기동 토크를 제대로 검토하지 않고 정상상태의 필요한 파워 및 토크만을 고려하여 설계되는 경우가 대부분일 수 있다.

따라서 초기 기동 토크를 축 발전기(Shaft generator) 대신 감당할 대체 기동 수단이 필요할 수 있다.

도 1과 함께 도 4를 참조하면, 터닝 기어(Turning gear; T/G)(170)의 주된 역할인 메인 엔진(110)의 저속 회전 역할을 활용하여 축 발전기(Shaft generator)의 PTH 모드 활용 시 부족한 기동 토크를 터닝 기어(Turning gear)가 감당하도록 하는 제어 로직이 구성될 수 있다.

즉, 메인 엔진(110)이 동작 오프되면(S31), 터닝 기어(170)를 통한 기동 토크 확보 후(S32), 터닝 기어(170)의 안전상태 RPM을 확인하여(S33), 해당 관성을 유지한 채 축 발전기(Shaft generator)의 PTH모드를 작동시킬 수 있다(S34). 이후 터닝 기어(170)를 동작 오프시킬 수 있다(S35). 터닝 기어(170)의 스타팅 신호를 축 발전기(Shaft generator)의 제어 패널(control panel)에서 제어할 수 있도록 시스템을 구성할 수 있다.

이에 따라, 기존에 축 발전기(Shaft generator)의 PTH 모드 활용을 위한 기동 토크 문제 부분이 해소 가능할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 선박의 엔진 마운티드 발전기를 PTH 모드로 운전할 수 있어, 무공해 모드(zero-emission mode) 운전, 비상상황대응 가능과 같은 엔진 마운티드 발전기의 활용방안을 극대화할 수 있는 효과가 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: 메인 엔진 통합 제어 시스템
110: 메인 엔진
120: 발전기 엔진
130: 축 발전기
140: 전력 변환부
141: 가변 주파수 드라이브
142: 스위치보드
143: 에너지 저장 시스템
150: 엔진 제어 시스템
160: 전력 관리 시스템
170: 터닝 기어

Claims

엔진 제어 시스템이 선박의 메인 엔진 및 발전기 엔진을 동작 오프시키는 단계;
전력 관리 시스템이 축 발전기의 PTH(Power Take Home) 모드를 동작 온시키는 단계;
상기 엔진 제어 시스템이 메인 엔진의 연료 공급 동작을 오프시키고, 윤활유 공급 동작을 온시키는 단계; 및
상기 엔진 제어 시스템이 상기 축 발전기로 상기 선박을 추진시키는 단계
를 포함하는 선박의 축 발전기 운전 방법.
제1항에 있어서,
상기 축 발전기는 상기 메인 엔진의 프리 엔드(free-end)에 설치되는 방식의 엔진 마운티드 발전기(Engine Mounted Generator; EMG)인 선박의 축 발전기 운전 방법.
제1항에 있어서,
상기 PTH 모드를 동작 온시키는 단계는 상기 축 발전기에 의한 것이 아닌 기동 토크로 초기 기동 토크를 대체하는 단계를 포함하는 선박의 축 발전기 운전 방법.
제3항에 있어서,
상기 초기 기동 토크를 대체하는 단계는
상기 메인 엔진의 실린더 내부의 이물질을 제거하는 슬로우 터닝(slow tuning)을 이용하여 상기 초기 기동 토크를 대체하는 단계인 선박의 축 발전기 운전 방법.
제3항에 있어서,
상기 초기 기동 토크를 대체하는 단계는 상기 메인 엔진의 터닝 기어를 이용하여 상기 초기 기동 토크를 대체하는 단계인 선박의 축 발전기 운전 방법.