KR20210112210A

KR20210112210A - 선박 추진 시스템

Info

Publication number: KR20210112210A
Application number: KR1020200040541A
Authority: KR
Inventors: 정상원; 김현재; 곽상규
Original assignee: 한국조선해양 주식회사
Priority date: 2020-03-04
Filing date: 2020-04-02
Publication date: 2021-09-14
Also published as: KR20210112207A; KR20210112208A; KR20210112212A; KR20220020876A; KR102334345B1; KR102504915B1; KR20210112211A; KR20210112209A; KR102478755B1; KR102371908B1; KR102478754B1; KR102334344B1; KR20210112213A

Abstract

본 발명은, 터닝 기어 모터 전력(turning gear motor power)으로 메인 엔진을 구동시키는 선박 추진 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 선박 추진 시스템은 선박의 메인 엔진의 플라이 휠과 연결되어 상기 선박의 프로펠러를 회전시키는 터닝 기어, 상기 터닝 기어를 구동시키는 모터, 상기 메인 엔진 및 상기 선박의 발전기 엔진이 오프되면 상기 모터의 구동을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

선박 추진 시스템{SHIP PROPULSION SYSTEM}

본 발명은 선박 추진 시스템에 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.

즉, 기존의 2 스트로크(2-stroke) 엔진 시스템을 최대한 활용해서 배기가스 규제를 요구하는 해역에서 무공해 모드(zero-emission mode)를 구현하는 것이 신조선박에서 중요하다.

대한민국 공개특허공보 제10-2018-0116920호

본 발명의 일 실시예에 따르면, 터닝 기어 모터 전력(turning gear motor power)으로 메인 엔진을 구동시키는 선박 추진 시스템이 제공된다.

상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 선박 추진 시스템은 선박의 메인 엔진의 플라이 휠과 연결되어 상기 선박의 프로펠러를 회전시키는 터닝 기어, 상기 터닝 기어를 구동시키는 모터, 상기 메인 엔진 및 상기 선박의 발전기 엔진이 오프되면 상기 모터의 구동을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 티어 3(TIER III) 지역 운항 선박의 제조원가 절감이 가능하고, 제조원가 및 운항 비용 감소 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 추진 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 추진 시스템의 터닝 기어를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 추진 시스템의 개략적인 동작을 나타내는 플로우챠트이다.

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

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 추진 시스템의 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 추진 시스템(100)은 메인 엔진(Main Engine; M/E)(110), 터닝 기어(Turning gear; T/G)(130), 전력 공급부(140), 모터(Motor; M)(150) 및 제어부(160)를 포함할 수 있고, 엔진 마운티드 발전기(Engine Mounted Generator; EMG)(120)를 더 포함할 수 있다.

메인 엔진(110)은 축을 회전시켜 상기 축에 연결된 프로펠러(P)를 이용하여 선박을 추진시킬 수 있다.

터닝 기어(130)는 메인 엔진(110)의 플라이 휠(Flywheel)과 기어로 연결될 수 있다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 추진 시스템의 터닝 기어를 나타내는 도면이다.

도 1과 함께, 도 2 및 도 3을 참조하면, 터닝 기어(130)는 메인 엔진(110)의 플라이 휠(fw)과 기어로 연결될 수 있다. 터닝 기어(130)는 메인 엔진의 실린더 내부 유지 보수에 사용될 수 있으며, 모터(150)는 제어부(160)의 제어에 따라 전력 공급부(140)로부터 전력을 공급받아 터닝 기어(130)를 구동시킬 수 있다.

모터(150)는 터닝 기어(130)를 구동시켜 선속의 6~7 노트(knots)까지 끌어올릴 수 있는 대형 모터일 수 있다. 이를 위해 모터(150)의 용량은 100KW 내지 500 KW 일 수 있다.

터닝 기어(130)는 1200 RPM 또는 1800 RPM에서 메인 엔진(110)의 플라이 휠(fw)의 RPM을 30 RPM으로 회전시키기 위해, 메인 엔진(110)의 플라이 휠(fw)과 4:1 내지 6:1의 감속 기어비를 가질 수 있으며, 터닝 기어(130)는 프로펠러(P)와 같이 큰 토크를 필요로 하는 부하를 돌리기 위해서 강도가 높은 크롬 몰디브덴강(SCM410/SCM440)으로 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선박 추진 시스템(100)은 메인 엔진에 장착되고 메인 엔진의 크랭크 축에 연결되어 메인 엔진의 동작에 따라 전력을 생성할 수 있는 엔진 마운티드 발전기(120)를 더 포함할 수 있다. 엔진 마운티드 발전기(120)는 외부로부터 전력이 공급되면 상기 축에 연결된 프로펠러(P)를 회전시켜 선박을 추진시킬 수도 있다. 엔진 마운티드 발전기(120)는 메인 엔진(110)의 프리 엔드(free-end)(크랭크 축(crank shaft) 바로 앞)에 설치되므로, 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.

전력 공급부(140)는 모터(150)에 전력을 공급할 수 있다.

전력 공급부(140)는 가변 주파수 드라이브(Variable Frequency Drive; VFD)(141), 메인 스위치 보드(Main Switchboard; SWBD)(142) 및 에너지 저장 시스템(Energy Saving System; ESS)(143)을 포함할 수 있다.

가변 주파수 드라이브(141)는 엔진 마운티드 발전기(120)에 의해 생성된 전력을 변환하여 메인 스위치 보드(142)에 전달할 수 있으며, 에너지 저장 시스템(143)에도 전력을 전달할 수 있다.

메인 스위치 보드(142)는 보조 발전기(G/E)에 의해 생성된 전력 또는 가변 주파수 드라이브(141)로부터의 전력을 적절히 변환하여 선박의 부하에 공급할 수 있다.

에너지 저장 시스템(143)은 가변 주파수 드라이브(141) 또는 메인 스위치 보드(142)로부터의 전력을 저장하고, 제어부(160)의 제어에 따라 저장된 전력을 방전할 수 있다.

가변 주파수 드라이브(141)는 제어부(160)의 제어에 따라 에너지 저장 시스템(143)으로부터 방전된 전력을 모터(150)에 공급할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 추진 시스템의 개략적인 동작을 나타내는 플로우챠트이다.

도 1과 함께, 도 4를 참조하면, 메인 엔진(110) 및 발전기 엔진(G/E)가 동작을 중지하면(S10), 제어부(160)의 제어에 따라 에너지 저장 시스템(143)에 저장된 전력이 방전되어(S20) 가변 주파수 드라이브(141)를 통해 모터(150)에 전력이 공급되어 터닝 기어(130)가 구동될 수 있다(S30).

제어부(160)는 메인 엔진(110)에 연료 공급을 종료시키며(S40), 메인 엔진(110)의 실린더에 윤활유 공급 동작이 작동될 수 있도록 제어할 수 있고(S50), 선박는 모터(130)에 의해 추진될 수 있다(S60).

보다 상세하게는, 제어부(160)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 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 확인한 후 선박의 항해가 가능할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 선박 추진 장치는 메인 엔진(110)의 플라이 휠(flywheel)과 터닝 기어(130)의 기어를 연결하여 무공해 모드(zero-emission mode)로 선박을 추진시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 티어 3(TIER III) 구역에서 터닝 기어 모터(T/G motor)를 통한 무공해모드(zero-emission mode) 운전(전기추진)이 가능하여, 메인 엔진(Main engine)의 티어 3(TIER III) 관련 장비를 설치할 필요가 없으므로, 티어 3(TIER III) 지역 운항 선박의 제조원가 절감 가능하고, 터닝 기어 모터(T/G motor)를 티어 3(TIER III) 구역에서 돌릴 수 있을 정도의 발전기 엔진에 대해서만 티어 3(TIER III) 장비를 설치하게 되면, 고가의 2 스트로크(2 stroke) 엔진의 티어 3(TIER III) 장비를 설치하지 않아도 되므로, 제조원가 및 운항 비용 감소가 가능할 수 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: 선박 추진 시스템
110: 메인 엔진
120: 엔진 마운티드 발전기
130: 터닝 기어
140: 전력 공급부
141: 가변 주파수 드라이브
142: 메인 스위치 보드
143: 에너지 저장 시스템
150: 모터
160: 제어부

Claims

선박의 메인 엔진의 플라이 휠과 연결되어 상기 선박의 프로펠러를 회전시키는 터닝 기어;
상기 터닝 기어를 구동시키는 모터; 및
상기 메인 엔진 및 상기 선박의 발전기 엔진이 오프되면 상기 모터의 구동을 제어하는 제어부
를 포함하는 선박 추진 시스템.
제1항에 있어서,
상기 모터는 100KW 내지 500KW의 용량을 갖는 선박 추진 시스템.
제1항에 있어서,
상기 터닝 기어는 상기 플라이 휠과 4:1 내지 6:1의 감속 기어비를 갖는 선박 추진 시스템.
제1항에 있어서,
상기 터닝 기어는 크롬 몰디브덴강으로 구성되는 선박 추진 시스템.
제1항에 있어서,
상기 모터에 전력을 공급하는 전력 공급부를 더 포함하고,
상기 전력 공급부는 전력을 저장하고 제어에 따라 저장된 전력을 방전하는 에너지 저장 시스템을 포함하는 선박 추진 시스템.
제5항에 있어서,
상기 메인 엔진에 장착되고, 상기 메인 엔진의 크랭크 축에 연결되어 상기 메인 엔진의 동작에 따라 전력을 생성하는 엔진 마운티드 발전기를 더 포함하는 선박 추진 시스템.
제6항에 있어서,
상기 전력 공급부는
상기 엔진 마운티드 발전기에 의해 생성된 전력을 변환하는 가변 주파수 드라이브; 및
상기 가변 주파수 드라이브에 의해 변환된 전력을 부하에 공급하거나, 상기 발전기 엔진에 의해 생성된 전력을 부하에 공급하는 메인 스위치 보드
를 더 포함하는 선박 추진 시스템.