KR20220055785A - Ship's Optimal Navigation System and its Operation Method - Google Patents

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KR20220055785A
KR20220055785A KR1020200140239A KR20200140239A KR20220055785A KR 20220055785 A KR20220055785 A KR 20220055785A KR 1020200140239 A KR1020200140239 A KR 1020200140239A KR 20200140239 A KR20200140239 A KR 20200140239A KR 20220055785 A KR20220055785 A KR 20220055785A
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심현섭
박윤식
한영준
이광호
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대우조선해양 주식회사
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Abstract

An optimal navigation system for a ship is disclosed. According to the present invention, the optimal navigation system for a ship comprises: a propulsion engine which is connected to a propeller through a propulsion shaft to generate propulsion of the ship; a power transmission unit which is connected to the propulsion shaft and generates electric power using a part of the power supplied to the propeller from the propulsion engine; and a control unit which controls the interlocking or disengaging operation of the power transmission unit by comparing the current output state of the propulsion engine with the optimal output value calculated based on the specific fuel oil consumption (SFOC) of the propulsion engine. As the propulsion engine can be operated with optimal output, there is an effect of enabling optimal efficiency operation with minimum fuel consumption.

Description

선박의 최적운항시스템 및 그 운용방법 {Ship's Optimal Navigation System and its Operation Method}Ship's Optimal Navigation System and its Operation Method}

본 발명은 선박의 최적운항시스템 믹 그 운용방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 추진엔진의 출력 상태 또는 해상 상황에 따라 추진엔진의 추진축(샤프트)에 설치되는 동력전달부를 연동/해제시키는 로직을 구성함으로써 추진엔진이 최적 출력으로 운전이 가능하게 하고, 이에 따라 연료소비율의 최적화 및 선박의 최적 효율 운항이 가능하게 하는 시스템 및 그 운용방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for operating a Mick, an optimal navigation system for a ship, and more particularly, a logic for interlocking/disengaging a power transmission unit installed on a propulsion shaft (shaft) of a propulsion engine according to an output state of a propulsion engine or a sea condition. The present invention relates to a system that enables a propulsion engine to operate at an optimal output by configuring it, thereby optimizing fuel consumption ratio and enabling optimal efficient operation of a ship, and a method for operating the same.

일반적으로 선박은 추진엔진의 동력을 샤프트(shaft)에 의하여 프로펠러 등의 추진장치에 전달함으로써 추진력을 얻는다. 프로펠러는 샤프트에 의해 추진엔진과 연결되며 추진엔진에 의해서 발생되는 샤프트의 회전력을 전달받아 선박을 추진시킨다.In general, ships obtain propulsion by transmitting the power of a propulsion engine to a propulsion device such as a propeller by a shaft. The propeller is connected to the propulsion engine by the shaft and propels the ship by receiving the rotational force of the shaft generated by the propulsion engine.

추진장치와 이에 관련된 기계장치를 구비하는 통상의 해양 선박에서, 최근 환경 문제와 에너지 절감(연비 절감)의 목적으로 추진엔진의 샤프트에 축 발전기(Shaft Generator)를 연결하여 발전하는 방식이 증가하고 있다.In a typical marine vessel equipped with a propulsion device and a related mechanical device, the method of generating power by connecting a shaft generator to the shaft of the propulsion engine for the purpose of environmental problems and energy saving (fuel consumption reduction) is increasing. .

축 발전기는 추진엔진으로부터 프로펠러로 공급되는 동력의 일부를 인출하여 사용하는 장치라는 점에서 동력인출장치(PTO: Power Take-Off)로 불리우기도 한다. 이러한 축 발전기에 의한 발전 방식은 선박의 운항시 경제적인 발전을 통하여 에너지 절감에 효과가 있다.A shaft generator is also called a power take-off (PTO) in that it is a device that extracts and uses a part of the power supplied to the propeller from the propulsion engine. The power generation method by such a shaft generator is effective in saving energy through economical power generation during the operation of a ship.

그러나 종래에는 축 발전기의 연동(engage)/연동해제(disengage) 동작이 어떠한 로직(logic)에 따르는 것이 아니라 추진엔진의 잉여 동력이 발생하는지 등의 단순 여부만 고려하여 선장의 판단에 의해 이루어졌으며, 축 발전기의 부하율(load percentage)이 단순 세팅값으로 고정되어 있었기 때문에, 추진엔진의 최적 운전과 관련된 관점에서의 선박의 최적 효율 운항은 구현되기 어려운 측면이 있었다.However, in the prior art, the engagement/disengage operation of the shaft generator did not follow any logic, but was made by the captain's judgment considering only whether the surplus power of the propulsion engine was generated, etc., Since the load percentage of the shaft generator was fixed to a simple setting value, the optimal efficient operation of the ship in terms of the optimal operation of the propulsion engine was difficult to implement.

선박의 추진을 위하여 설치되는 추진엔진의 연료소비율(SFOC: Specific Fuel Oil Consumption)은 부하에 따라 달라지는데, 통상 연속최대출력(MCR: Maximum Contious Rating)의 60% 내외에서 최저값을 갖는다.The specific fuel oil consumption (SFOC) of a propulsion engine installed for propulsion of a ship varies depending on the load, and usually has the lowest value within 60% of the maximum continuous rating (MCR).

그러나 선박의 항해 중에 다양한 해상 상황(파도, 바람 등)에 따라 추진엔진의 출력이 변동되고, 추진엔진의 출력이 최적 SFOC 기준 출력보다 현저히 낮게 또는 높게 형성되는 경우에는 선박의 최적 효율 운항을 실현하는데 어려움이 있다.However, when the output of the propulsion engine fluctuates according to various sea conditions (waves, wind, etc.) during the voyage of the ship, and the output of the propulsion engine is significantly lower or higher than the optimal SFOC standard output, it is necessary to realize the optimal efficient operation of the ship. There are difficulties.

이에 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 추진엔진의 출력 상태 또는 해상 상황에 따라 추진엔진의 추진축(샤프트)에 설치되는 동력전달부를 연동/연동해제시키는 로직을 연계 구성함으로써, 추진엔진이 최적 출력으로 운전이 가능하도록 하고, 이를 통하여 에너지 절감 및 최소의 연료소비율 구현 그리고 궁극적으로는 선박의 최적 효율 운항이 가능하게 하는 시스템을 제공하는 데 있다.Accordingly, the technical task to be achieved by the present invention is to link and configure the logic for interlocking/unlinking the power transmission unit installed on the propulsion shaft (shaft) of the propulsion engine according to the output state of the propulsion engine or the sea conditions, thereby enabling the propulsion engine to achieve optimal output. The goal is to provide a system that enables operation and, through this, realizes energy savings and minimum fuel consumption, and ultimately enables optimal efficient operation of ships.

즉, 본 발명은 선박의 추진시스템과 선내 발전시스템을 효율적으로 연계 구성함으로써, 추진엔진이 최적 출력으로 운전이 가능하도록 하고, 이에 따라 최소의 연료소비율로 운항이 가능한 선박의 최적운항시스템 및 그 운용방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.That is, the present invention enables the propulsion engine to operate at the optimum output by efficiently linking the propulsion system of the ship and the power generation system in the ship, and accordingly, the optimum navigation system and operation of the ship capable of operating with the minimum fuel consumption rate. The purpose is to provide a method.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 프로펠러와 추진축을 통해 연결되어 선박의 추진력을 발생시키는 추진엔진; 상기 추진축에 연결되어 상기 추진엔진으로부터 상기 프로펠러로 공급되는 동력의 일부를 이용하여 전력을 생산하는 동력전달부; 및 상기 추진엔진의 현재 출력 상태를 상기 추진엔진의 최소 연료소비율(SFOC)을 기준으로 산정된 최적 출력 값과 비교하여 상기 동력전달부의 연동 또는 연동해제 동작을 제어하는 제어부를 포함하는, 선박의 최적운항시스템이 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention for achieving the above object, the propulsion engine is connected through a propeller and a propulsion shaft to generate propulsion force of the ship; a power transmission unit connected to the propulsion shaft to generate power using a portion of power supplied from the propulsion engine to the propeller; and a control unit for controlling the interlocking or disengaging operation of the power transmission unit by comparing the current output state of the propulsion engine with an optimum output value calculated based on the minimum fuel consumption ratio (SFOC) of the propulsion engine. A navigation system may be provided.

상기 동력전달부는 상기 추진축에 결합되어 상기 추진엔진의 구동에 따라 발생하는 회전력으로 발전하는 축발전기(Shaft Generator) 또는 상기 추진축에 결합되어 상기 추진엔진의 구동에 따라 발생하는 회전력으로 발전하거나 상기 추진축에 회전력을 부가하는 기능 중 어느 하나의 기능을 수행하는 축발전기모터(Shaft Generator Motor)일 수 있다.The power transmission unit is coupled to the propulsion shaft to generate rotational force generated according to the driving of the propulsion engine or a shaft generator coupled to the propulsion shaft to generate torque generated according to the driving of the propulsion engine or to the propulsion shaft. It may be a shaft generator motor that performs any one of the functions of adding rotational force.

상기 추진엔진의 현재 출력 상태가 상기 최적 출력 값보다 낮게 운항 중인 경우, 상기 동력전달부를 PTO(Power Take-Off) 모드로서 연동시켜 상기 추진엔진의 동력 일부를 이용하여 전력을 생산함으로써 상기 추진엔진의 출력을 높일 수 있다.When the current output state of the propulsion engine is operating lower than the optimal output value, the power transmission unit is interlocked as a PTO (Power Take-Off) mode to generate power using a part of the power of the propulsion engine to produce power of the propulsion engine. output can be increased.

상기 동력전달부에서 생산된 전력은 선내 전력 계통으로 공급되며, 상기 선내 전력 계통에서 필요로 하는 전력 수요가 없는 경우 또는 상기 선내 전력 계통으로 공급되고 남는 잉여의 전력은 에너지저장부에 저장될 수 있다.The power produced by the power transmission unit is supplied to the onboard power system, and when there is no power demand required by the onboard power system, or the surplus power remaining after being supplied to the onboard power system can be stored in the energy storage unit. .

상기 추진엔진의 현재 출력 상태가 상기 최적 출력 값보다 높게 운항 중인 경우에는, 상기 동력전달부의 상기 PTO 모드를 연동해제시킴으로써 상기 추진엔진의 출력을 낮출 수 있다.When the current output state of the propulsion engine is operating higher than the optimum output value, the output of the propulsion engine may be lowered by disengaging the PTO mode of the power transmission unit.

한편, 상기 동력전달부는 축발전기모터이고, 상기 PTO 모드의 연동해제에도 불구하고 상기 추진엔진의 출력 상태가 상기 최적 출력 값보다 높은 경우, 상기 동력전달부를 PTI(Power Take-In) 모드로 동작시켜 상기 추진엔진과 상기 동력전달부의 복합 동력으로 상기 선박을 추진함으로써 상기 추진엔진의 출력을 낮출 수 있다.On the other hand, when the power transmission unit is a shaft generator motor, and the output state of the propulsion engine is higher than the optimum output value despite the release of the PTO mode, the power transmission unit operates in a PTI (Power Take-In) mode By propelling the vessel with the combined power of the propulsion engine and the power transmission unit, the output of the propulsion engine may be lowered.

상기 동력전달부가 PTI 모드로서 동작시 구동전력으로는 상기 에너지저장부에 저장된 전력을 사용할 수 있다.When the power transmission unit operates in the PTI mode, power stored in the energy storage unit may be used as driving power.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 프로펠러와 추진축을 통해 연결되어 선박의 추진력을 발생시키는 추진엔진; 상기 추진축에 연결되어 상기 추진엔진으로부터 상기 프로펠러로 공급되는 동력의 일부를 이용하여 전력을 생산하는 동력전달부; 및 상기 동력전달부의 연동 또는 연동해제 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 선박의 최적운항시스템의 운용방법에 있어서, 상기 추진엔진의 최소 연료소비율(SFOC)을 기준으로 최적 출력 값을 산정하는 산정단계; 상기 추진엔진의 현재 출력 상태를 상기 최적 출력 값과 비교하는 비교단계; 및 상기 현재 출력 상태 및 상기 최적 출력 값의 비교 결과에 따라 상기 동력전달부의 연동 또는 연동해제 동작을 제어하는 제어단계를 포함하는, 선박의 최적운항시스템의 운용방법이 제공될 수 있다.In addition, according to another aspect of the present invention for achieving the above object, a propulsion engine that is connected through a propeller and a propulsion shaft to generate propulsion force of the ship; a power transmission unit connected to the propulsion shaft to generate power using a portion of power supplied from the propulsion engine to the propeller; and a control unit for controlling the interlocking or disengaging operation of the power transmission unit, the operating method comprising: calculating an optimum output value based on a minimum fuel consumption ratio (SFOC) of the propulsion engine; a comparison step of comparing the current output state of the propulsion engine with the optimal output value; and a control step of controlling an interlocking or disengaging operation of the power transmission unit according to a comparison result of the current output state and the optimal output value.

상기 비교단계에서 상기 현재 출력 상태가 상기 최적 출력 값보다 낮게 운항 중인 것으로 측정되는 경우,When it is measured that the current output state is operating lower than the optimal output value in the comparison step,

상기 제어단계에서 상기 동력전달부를 PTO(Power-Take-Off) 모드로서 연동시켜 상기 추진엔진의 동력 일부를 이용하여 전력을 생산함으로써 상기 추진엔진의 출력을 높일 수 있다.In the control step, the output of the propulsion engine may be increased by interlocking the power transmission unit as a PTO (Power-Take-Off) mode to generate power using a part of the power of the propulsion engine.

상기 제어단계에서, 선내 전력 계통에서 필요로 하는 전력 수요가 있는 경우에는 상기 동력전달부에서 생산된 전력을 선내 전력 계통으로 공급한 후 남는 잉여 전력은 에너지저장부에 저장하고, 상기 선내 전력 계통에서 필요로 하는 전력 수요가 없는 경우에는 상기 동력전달부에서 생산된 전력을 상기 에너지저장부에 바로 저장시킬 수 있다.In the control step, if there is a demand for power required by the onboard power system, the surplus power remaining after supplying the power produced by the power transmission unit to the onboard power system is stored in the energy storage unit, and in the onboard power system When there is no required power demand, the power generated by the power transmission unit may be directly stored in the energy storage unit.

상기 비교단계에서 상기 현재 출력 상태가 상기 최적 출력 값보다 높게 운항 중인 것으로 측정되는 경우, 상기 제어단계에서 상기 동력전달부의 PTO 모드를 연동해제시킴으로써 상기 추진엔진의 출력을 낮출 수 있다.When it is determined that the current output state is operating higher than the optimal output value in the comparison step, the output of the propulsion engine may be lowered by disengaging the PTO mode of the power transmission unit in the control step.

상기 동력전달부는 상기 추진축에 결합되어 상기 추진축의 회전력으로 발전하는 기능과 상기 추진축에 회전력을 부가하는 기능을 모두 수행할 수 있는 축발전기모터(Shaft Generator Motor)일 수 있고, 상기 동력전달부의 PTO 모드를 연동해제시킴에도 불구하고 상기 추진엔진의 출력 상태가 상기 최적 출력 값보다 높은 경우, 상기 제어단계에서 상기 동력전달부를 PTI(Power Take-In) 모드로 동작시켜 상기 추진엔진과 상기 동력전달부의 복합 동력으로 상기 선박을 추진함으로써 상기 추진엔진의 출력을 낮출 수 있다.The power transmission unit may be a shaft generator motor that is coupled to the propulsion shaft to perform both a function of generating power with the rotational force of the propulsion shaft and a function of adding a rotational force to the propulsion shaft, and the power transmission unit PTO mode When the output state of the propulsion engine is higher than the optimum output value despite disengaging the By propelling the vessel with power, the output of the propulsion engine may be lowered.

상기 동력전달부가 PTI 모드로서 동작시 구동전력으로는 상기 에너지저장부에 저장된 전력을 사용할 수 있다.When the power transmission unit operates in the PTI mode, power stored in the energy storage unit may be used as driving power.

본 발명에 의하면, 선박이 목적지까지 항해를 하는 동안 추진엔진의 출력 상태 및/또는 해상 상황에 따라 추진엔진의 최적 출력을 분석하고, 그에 따라 동력전달부의 연동/연동해제 동작을 판단 및 추천하여 줌으로써, 항해기간 동안 추진엔진의 연료소비율을 최소로 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 동력전달부의 사용에 따른 기존 디젤 발전기의 용량을 감소하면서 다방면으로 선박의 최적 효율 운항이 가능한 효과가 있다.According to the present invention, by analyzing the optimal output of the propulsion engine according to the output state and/or sea conditions of the propulsion engine while the ship sails to the destination, and by judging and recommending the interlocking/disengaging operation of the power transmission unit accordingly , not only can the fuel consumption rate of the propulsion engine be minimized during the voyage period, but also reduce the capacity of the existing diesel generator according to the use of the power transmission part, and it is possible to operate the ship with optimal efficiency in various ways.

본 발명의 효과들은 상술된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-described effects, and other effects not mentioned will be clearly understood from the following description.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박의 최적운항시스템의 개략도
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박의 최적운항시스템의 작동 흐름도
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박의 최적운항시스템의 개략도
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박의 최적운항시스템의 작동 흐름도1 is a schematic diagram of an optimal navigation system for a ship according to a first embodiment of the present invention;
2 is an operation flowchart of the optimal navigation system for a ship according to the first embodiment of the present invention;
3 is a schematic diagram of an optimal navigation system for a ship according to a second embodiment of the present invention;
4 is an operation flowchart of an optimal navigation system for a ship according to a second embodiment of the present invention;

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, the operational advantages of the present invention, and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings illustrating preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by describing preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in each figure indicate like elements.

도 1 및 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박의 최적운항시스템의 개략도 및 작동 흐름도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박의 최적운항시스템의 개략도 및 작동 흐름도이다.1 and 2 are schematic diagrams and operational flow charts of the optimal navigation system for a ship according to a first embodiment of the present invention, and FIGS. 3 and 4 are schematic diagrams and operational flowcharts of the optimal navigation system for a ship according to a second embodiment of the present invention; It is a working flow chart.

도 1 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 선박의 최적운항시스템은, 선박의 추진 목적으로 설치되는 추진엔진(1)과, 추진축(2)을 통해서 추진엔진(1)과 연결되는 프로펠러(3)와, 추진축(2)에 설치되어 추진엔진(1)으로부터 프로펠러(3)로 공급되는 동력의 일부를 이용하여 전력을 생산하는 동력전달부(10)와, 동력전달부(10)에서 생산된 전력을 저장하는 에너지저장부(20)와, 추진엔진(1)의 출력 상태 및 해상 상황 등의 정보에 기반하여 동력전달부(10)의 동작 및 추진엔진(1)의 최종 출력을 제어하는 제어부(30)를 포함할 수 있다.1 and 3, the optimal navigation system for a ship according to the present invention includes a propulsion engine 1 installed for the purpose of propulsion of a ship, and a propeller connected to the propulsion engine 1 through a propulsion shaft 2 ( 3), and the power transmission unit 10 installed on the propulsion shaft 2 and using a part of the power supplied from the propulsion engine 1 to the propeller 3 to produce electricity, and the power transmission unit 10 Controlling the operation of the power transmission unit 10 and the final output of the propulsion engine 1 based on information such as the energy storage unit 20 for storing the stored electric power, and the output state and sea conditions of the propulsion engine 1 A control unit 30 may be included.

추진엔진(1)은 선박의 추진력을 제공하는 것을 기본적인 목적으로 설치되는 메인엔진(M/E: Main Engine)으로서, 오일연료(HFO, MDO 등) 및/또는 가스연료(LNG, LPG 등)를 연소시켜 동력을 얻을 수 있는 내연기관이다.The propulsion engine 1 is a main engine (M/E: Main Engine) installed for the basic purpose of providing propulsion of a ship, and uses oil fuel (HFO, MDO, etc.) and/or gas fuel (LNG, LPG, etc.) It is an internal combustion engine that can be combusted to obtain power.

추진엔진(1)은 추진축(2)을 통해 선박의 선미에 설치된 프로펠러(3)와 연결되며, 추진엔진(1) 내부에서 피스톤의 왕복운동시 발생하는 추진축(2)의 회전력이 프로펠러(3)로 전달되어 선박이 추진하게 된다. The propulsion engine (1) is connected to the propeller (3) installed on the stern of the ship through the propulsion shaft (2), and the rotational force of the propulsion shaft (2) generated during the reciprocating motion of the piston inside the propulsion engine (1) is the propeller (3) is transmitted and propelled by the ship.

동력전달부(10)는 추진엔진(1)의 추진축(2)에 연결되어 추진엔진(1)에 의해 공급되는 동력의 일부를 전달받으며 분기된 동력을 사용하여 전력을 생산할 수 있다. 동력전달부(10)는 에너지 절감의 효과를 도모하기 위하여 발전 기능을 갖춘 장치로 마련되는 것이 바람직하나, 회전력을 공급받아 활용하는 모든 장비를 포함할 수 있다.The power transmission unit 10 may be connected to the propulsion shaft 2 of the propulsion engine 1 to receive a portion of the power supplied by the propulsion engine 1 and use the branched power to produce power. The power transmission unit 10 is preferably provided as a device having a power generation function in order to achieve an energy saving effect, but may include any equipment that receives and utilizes rotational force.

예컨대, 동력전달부(10)는 추진엔진(1)의 추진축(2)에 결합되어 추진엔진(1)의 구동에 따라 발생하는 회전력으로 발전하여 전력을 생산하는 축발전기(SG: Shaft Generator)일 수 있다. 축발전기(SG)는 추진축(2)의 외주면에 구성되는 로터(rotor)에 직접 결합되어 추진축(2)의 회전력을 이용하여 발전할 수 있다.For example, the power transmission unit 10 is a shaft generator (SG) that is coupled to the propulsion shaft 2 of the propulsion engine 1 and generates electric power by generating power with rotational force generated according to the driving of the propulsion engine 1 . can The shaft generator SG is directly coupled to a rotor configured on the outer circumferential surface of the propulsion shaft 2 to generate power using the rotational force of the propulsion shaft 2 .

동력전달부(10)가 축발전기(SG)로 마련되는 경우, 추진엔진(1)의 동력의 일부를 인출하여 사용한다는 점에서 동력전달부(10)는 동력인출장치(PTO: Power Take-Off)로서 기능할 수 있다.When the power transmission unit 10 is provided as a shaft generator (SG), the power transmission unit 10 is a power take-off device (PTO: Power Take-Off) in that a portion of the power of the propulsion engine 1 is withdrawn and used. ) can function as

또한, 동력전달부(10)는 추진엔진(1)의 추진축(2)에 결합되어 추진엔진(1)의 구동에 따라 발생하는 회전력으로 발전하여 전력을 생산하거나 또는 추진축(2)에 회전력을 부가하는 축발전기모터(SGM: Shaft Generator Motor)일 수 있다. 축발전기모터(SGM)는 발전기와 모터가 혼합된 형태로서, 추진축(2)의 외주면에 구성되는 로터에 직접 결합되어 추진축(2)의 회전력을 이용하여 발전하거나 또는 추진축(2)의 회전력을 더해줄 수 있다.In addition, the power transmission unit 10 is coupled to the propulsion shaft 2 of the propulsion engine 1 to generate electric power by generating electricity with rotational force generated according to the driving of the propulsion engine 1 or adding a rotational force to the propulsion shaft 2 . It may be a shaft generator motor (SGM). A shaft generator motor (SGM) is a mixture of a generator and a motor, and is directly coupled to a rotor configured on the outer circumferential surface of the propulsion shaft 2 to generate electricity using the rotational force of the propulsion shaft 2 or to add the rotational force of the propulsion shaft 2 can

동력전달부(10)가 축발전기모터(SGM) 마련되는 경우에는, 추진엔진(1)의 동력의 일부를 인출하여 사용하는 동력인출장치(PTO: Power Take-Off)로서의 기능과 추진엔진(1)의 동력을 보조하는 동력인가장치(PTI: Power Take-In)로서의 기능을 모두 수행할 수 있다.When the power transmission unit 10 is provided with a shaft generator motor (SGM), the function as a power take-off device (PTO: Power Take-Off) and the propulsion engine 1 ), it can perform all functions as a power application device (PTI: Power Take-In) that supports the power.

구체적으로, 축발전기모터(SGM)는 추진엔진(1)의 출력이 충분한 경우에는 추진엔진(1)의 잉여 동력을 사용하여 전력을 생산하는 발전기로서 기능(PTO 모드)하고, 추진엔진(1)의 출력이 부족한 경우에는 추진엔진(1)과 함께 추진축(2)에 회전력을 공급하는 부스팅 모터(Boosting Motor)로서 기능(PTI 모드)한다.Specifically, when the output of the propulsion engine 1 is sufficient, the shaft generator motor (SGM) functions as a generator (PTO mode) to produce electric power using the surplus power of the propulsion engine 1, and the propulsion engine 1 When the output of the is insufficient, it functions as a boosting motor that supplies rotational force to the propulsion shaft 2 together with the propulsion engine 1 (PTI mode).

상기와 같이 본 발명에 따른 선박의 최적운항시스템은, 추진엔진(1)의 동력을 프로펠러(3)로 전달하여 추력을 얻는 동시에 동력전달부(10)의 구동에 의해 전력을 생산할 수 있으며, 생산된 전력을 선내 계통 전력으로 활용함으로써 선내에 구비되는 기존 디젤 발전기(Diesel Generator)의 동작을 줄이거나 용량을 감소시킬 수 있어 에너지 절감이 가능하다. 또한, 동력전달부(10)에서 생산된 전력 중에서 선내 계통 전력으로 활용되고 남는 전력은 후술하는 에너지저장부(20)에 저장될 수 있다.As described above, in the optimal navigation system for a ship according to the present invention, the power of the propulsion engine 1 is transmitted to the propeller 3 to obtain thrust, and at the same time, power can be produced by driving the power transmission unit 10, and Energy can be saved by reducing the operation or capacity of the existing diesel generator provided in the ship by using the generated power as the onboard system power. In addition, among the power produced by the power transmission unit 10 , the remaining power used as inboard system power may be stored in the energy storage unit 20 to be described later.

동력전달부(10)는 추진엔진(10)의 출력 상태, 해상 상황 또는 선박의 운항 조건 등에 따라 운용이 제어될 수 있는데, 이에 대한 내용은 뒤에서 각 케이스 별로 보다 구체적으로 살펴보도록 한다.The operation of the power transmission unit 10 may be controlled according to the output state of the propulsion engine 10 , sea conditions, or operating conditions of a ship, which will be described in more detail for each case later.

에너지저장부(20)는 ESS(Energy Strorage System)와 같이 남는 전력을 저장해두었다가 필요시 공급하는 배터리 장치일 수 있으며, 동력전달부(10)에서 생산되는 전력 중 선내 계통 전력으로 사용되고 남는 잉여 전력을 저장할 수 있다.The energy storage unit 20 may be a battery device that stores excess power like an ESS (Energy Storage System) and supplies it when necessary, and uses the remaining surplus power as in-board system power among the power produced by the power transmission unit 10 . can be saved

에너지저장부(20)에 저장된 전력은 선내 전력 계통에 전력 부족분이 발생하는 경우 필요로 하는 부하 설비로 공급되거나, 또는 전술한 동력전달부(10)가 축발전기모터(SGM)로 마련되어 모터로서 동작하는 경우에 구동전력으로서 공급될 수 있다. 후자의 경우, 에너지저장부(20)는 동력전달부(10)의 구동전력을 언제든 공급할 수 있도록 일정 수준 이상의 상시전력을 구비하도록 구성될 수 있다.The power stored in the energy storage unit 20 is supplied to a load facility required when a power shortage occurs in the onboard power system, or the above-described power transmission unit 10 is provided as a shaft generator motor (SGM) and operates as a motor In this case, it may be supplied as driving power. In the latter case, the energy storage unit 20 may be configured to have constant power above a certain level so that the driving power of the power transmission unit 10 can be supplied at any time.

제어부(30)는 일반적으로 선내 전력 발전 상태와, 전력량, 전력품질 등을 고려함과 아울러 각 부하의 공급 상태나 변동 상태, 부하에 요구되는 적정 전력 특성 등을 종합적으로 파악하여 선내 전체적인 전력 공급 및 분배 계통을 제어하는 전력제어시스템(PMS: Power Management System)일 수 있다.In general, the control unit 30 considers the onboard power generation state, the amount of power, the power quality, and the like, and comprehensively grasps the supply state or change state of each load, appropriate power characteristics required for the load, and the like to supply and distribute the overall power within the ship. It may be a power management system (PMS) that controls the system.

본 발명에서 제어부(30)는 선박의 운항시스템과 연계되어 추진엔진(1)의 출력 상태, 해상 상황, 선박의 운항 조건 등을 파악하고, 파악된 조건에 따라 동력전달부(10)의 동작(연동/연동해제) 및 추진엔진(1)의 최종 출력을 제어할 수 있다.In the present invention, the control unit 30 is linked with the navigation system of the ship to determine the output state of the propulsion engine 1, the sea situation, the operating conditions of the ship, etc., and the operation ( Interlocking/disengaging) and the final output of the propulsion engine 1 can be controlled.

이하에서는 본 발명에 따른 선박의 최적운항시스템의 제어 로직(Control Logic)에 대하여 보다 구체적으로 살펴본다. 먼저, 본 발명은 케이스에 따라 두 가지 로직을 적용하여 추진엔진(1)과 동력전달부(10)가 최적의 동작 구간에서 운전되도록 하고, 이에 따라 최소의 연료소비율을 구현하고 선박의 최적 효율 운항이 가능하도록 하는 것임을 밝힌다. 또한, 이하 실시예에서는 동력전달부(10)로서 축발전기모터(SGM)가 적용되는 것을 가장 바람직한 예로 들어 설명한다.Hereinafter, the control logic of the ship's optimal navigation system according to the present invention will be described in more detail. First, the present invention applies two logics depending on the case so that the propulsion engine 1 and the power transmission unit 10 are operated in an optimal operation section, thereby realizing the minimum fuel consumption rate and operating the vessel with optimal efficiency. states that this is what makes it possible. In addition, in the following embodiment, a shaft generator motor (SGM) is applied as the power transmission unit 10 will be described as the most preferable example.

CASE 1. 선박의 고정 속도 운항시의 제어 로직CASE 1. Control logic for ship's fixed speed operation

첫 번째 케이스는 선박이 고정 속도로 운항하는 경우에 관한 것이다. 일반적으로 선박의 항해 중에는 해상 상황(파도, 바람 등)에 따라 고정 속도에서도 추진엔진(1)의 출력이 달라질 수 있다. 전술한 바와 같이 추진엔진(1)의 연료소비율(SFOC)은 통상 연속최대출력(MCR)의 60% 내외에서 최저값을 가지므로, 추진엔진(1)이 최적 출력 구간 내에서 운전될 수 있도록 이를 제어할 필요가 있다.The first case concerns the case where the vessel is operating at a fixed speed. In general, the output of the propulsion engine 1 may vary even at a fixed speed depending on the sea conditions (waves, wind, etc.) during the voyage of the ship. As described above, since the fuel consumption rate (SFOC) of the propulsion engine 1 has the lowest value within about 60% of the continuous maximum output (MCR), it is controlled so that the propulsion engine 1 can be operated within the optimum output section. Needs to be.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박의 최적운항시스템에서, 제어부(30)는 추진엔진(1)의 현재 출력 상태를 최적 SFOC 기준 출력과 비교하고 이를 토대로 동력전달부(10)의 동작을 제어할 수 있다.1 and 2, in the ship's optimal navigation system according to the first embodiment of the present invention, the control unit 30 compares the current output state of the propulsion engine 1 with the optimal SFOC reference output, and based on this, the power It is possible to control the operation of the transfer unit 10 .

본 실시예에서는 우선 추진엔진(1)의 최적 출력 값(B)이 설정될 수 있다. 추진엔진(1)의 최적 출력 값(B)은 최적 SFOC 기준 출력을 고려하여 설정되며, 예컨대 50~70%와 같이 구간으로 설정될 수도 있다. 이는 현재 통상의 주 추진엔진 연료소비곡선에서 65% 내외에서 최저값을 가지는 것을 고려한 것으로서, 엔진의 스펙 등에 따라 바람직한 설정값이 조절될 수 있음은 물론이다.In this embodiment, first, the optimum output value (B) of the propulsion engine (1) may be set. The optimum output value B of the propulsion engine 1 is set in consideration of the optimum SFOC reference output, and may be set in a section such as 50 to 70%, for example. This is in consideration of having the lowest value within about 65% of the current fuel consumption curve for the main propulsion engine, and it goes without saying that the desired set value may be adjusted according to the specifications of the engine.

그리고, 제어부(30)는 추진엔진(1)의 현재 출력(A)을 파악하고 상기에서 설정된 최적 출력 값(B)과 비교하여 동력전달부(10)의 동작을 제어할 수 있다.In addition, the control unit 30 may control the operation of the power transmission unit 10 by determining the current output (A) of the propulsion engine (1) and comparing it with the optimal output value (B) set above.

먼저, 추진엔진(1)의 현재 출력(A)이 최적 출력 값(B)보다 낮게 운항 중일 경우에는, 동력전달부(10)를 연동(engage)시킴으로써 추진엔진(1)의 잉여 동력을 전력으로 전환하여 선내 계통 전력에 공급함으로써 추진엔진(1)의 출력(A)을 높여서 운항할 수 있도록 한다. 이때 동력전달부(10)는 전력을 생산하는 발전 기능, 즉 'PTO 모드'로서 기능하게 된다.First, when the current output A of the propulsion engine 1 is in operation lower than the optimum output value B, the surplus power of the propulsion engine 1 is converted into electric power by engaging the power transmission unit 10 . By converting and supplying power to the onboard system, the output (A) of the propulsion engine (1) is increased so that it can be operated. At this time, the power transmission unit 10 functions as a power generation function for generating power, that is, a 'PTO mode'.

여기서 추진엔진(1)의 출력(A)은 선내 계통 전력에서 필요로 하는 전력 소모량을 파악하여 설정될 수 있는데, 이를 모두 고려하더라도 최적 출력 값(B)에 미치지 못하는 경우에는 남는 잉여 전력을 에너지저장부(20)에 충전(저장)시키도록 하여, 추진엔진(1)의 출력(A)이 최적 출력 구간 내에 진입할 수 있도록 시스템을 구성한다.Here, the output (A) of the propulsion engine (1) can be set by identifying the amount of power consumption required by the onboard system power. By charging (storing) the unit 20, the system is configured so that the output A of the propulsion engine 1 can enter the optimum output section.

더욱 구체적인 예를 들어, 만약 추진엔진(1)의 최적 SFOC 기준 출력(최적 출력 값, B)이 60%이고 현재 추진엔진(1)의 출력(A)이 40%로 운항중이라면, 추진엔진(1)의 출력(A)을 60%까지 끌어 올리되, 나머지 20%의 출력은 동력전달부(10)로 분기시켜 전기에너지로 변환하고 이를 선내 전력 계통에 공급하거나 에너지저장부(20)에 저장하는 것이다.As a more specific example, if the optimal SFOC reference output (optimal output value, B) of the propulsion engine 1 is 60% and the output A of the propulsion engine 1 is currently operating at 40%, the propulsion engine ( Raise the output (A) of 1) up to 60%, and the remaining 20% of the output is converted into electrical energy by branching to the power transmission unit 10 and supplied to the onboard power system or stored in the energy storage unit 20 will do

이와 같이 본 실시예에서 동력전달부(10)가 발전기로서 동작하는 경우, 추진엔진(10)의 동력 일부를 전력으로 전환하여 선내 계통 전력으로 활용함으로써, 선내 전력 공급 목적으로 설치되는 기존 디젤 발전기의 동작을 줄이거나 용량 감소가 가능하여 에너지 절감이 가능하다.As described above, when the power transmission unit 10 operates as a generator in this embodiment, a part of the power of the propulsion engine 10 is converted into electric power and utilized as in-board system power, so that of the existing diesel generator installed for the purpose of supplying inboard power. Energy can be saved by reducing the operation or reducing the capacity.

반대로, 추진엔진(1)의 현재 출력(A)이 최적 출력 값(B)보다 높게 운항 중일 경우에는, 먼저 동력전달부(10)가 PTO 모드로서 동작 중이라면 PTO 기능을 연동해제(disengage)시킴으로써 추진엔진(1)의 출력(A)을 낮춘다.Conversely, when the current output A of the propulsion engine 1 is operating higher than the optimum output value B, first, if the power transmission unit 10 is operating in the PTO mode, by disengaging the PTO function. Lower the output (A) of the propulsion engine (1).

또한, PTO 기능의 연동해제에도 불구하고 추진엔진(1)의 출력(A)이 최적 출력 값(B)보다 높은 경우에는 동력전달부(10)를 부스팅 모터로서 동작시킬 수 있다. 즉, 추진엔진(1)과 동력전달부(10)의 복합 동력으로 선박의 추진을 실시하도록 함으로써 추진엔진(1)의 출력(A)을 보다 낮추고 최적 출력 구간 내에 진입할 수 있도록 한다. 이 경우 동력전달부(10)는 추진엔진(1)과 함께 추진축(2)에 동력을 공급하는 기능, 즉 'PTI 모드'로서 기능하게 된다.In addition, when the output (A) of the propulsion engine 1 is higher than the optimum output value (B) despite the release of the PTO function, the power transmission unit 10 may be operated as a boosting motor. That is, the power of the propulsion engine 1 and the power transmission unit 10 is used to propel the ship, thereby lowering the output A of the propulsion engine 1 and allowing it to enter the optimum output section. In this case, the power transmission unit 10 functions as a function of supplying power to the propulsion shaft 2 together with the propulsion engine 1, that is, the 'PTI mode'.

더욱 구체적인 예를 들어, 만약 추진엔진(1)의 최적 SFOC 기준 출력(최적 출력 값, B)이 60%이고 현재 추진엔진(1)의 출력(A)이 80%로 운항중이라면, 추진엔진(1)의 출력(A)을 60%로 낮추되, 모자란 20%의 출력을 부스팅 모터로서 동작하는 동력전달부(10)에 의해 공급받는 것이다. 이때 동력전달부(10)을 부스팅 모터로서 동작시키기 위한 구동전력은 에너지저장부(20)에 저장된 전력을 사용할 수 있으며, 또는 상황에 따라 선내 전력망으로부터 공급받는 것도 가능하다.As a more specific example, if the optimal SFOC reference output (optimal output value, B) of the propulsion engine 1 is 60% and the output A of the propulsion engine 1 is 80%, the propulsion engine ( The output (A) of 1) is lowered to 60%, but the insufficient 20% of the output is supplied by the power transmission unit 10 operating as a boosting motor. In this case, as the driving power for operating the power transmission unit 10 as a boosting motor, the power stored in the energy storage unit 20 may be used, or it may be supplied from the onboard power grid according to circumstances.

이와 같이 본 실시예에서 동력전달부(10)가 부스팅 모터로서 동작하는 경우에는, 동력전달부(10)가 추진엔진(1)과 함께 추진축(2)에 동력(회전력)을 공급함으로써, 추진엔진(1)의 최적 출력 달성 및 이에 따른 연료소비율의 최소화가 가능하다.As described above, when the power transmission unit 10 operates as a boosting motor in this embodiment, the power transmission unit 10 supplies power (rotation force) to the propulsion shaft 2 together with the propulsion engine 1 , so that the propulsion engine It is possible to achieve the optimum output of (1) and to minimize the fuel consumption rate accordingly.

상술한 바와 같이, 본 실시예는 추진엔진(1)의 현재 출력 상태를 파악하여 출력이 충분한 경우에는 동력전달부(10)를 발전기로서 동작되도록 제어하고, 출력이 부족한 경우에는 동력전달부(10)를 부스팅 모터로서 동작되도록 제어함으로써, 추진엔진(1)이 최적 출력으로 운전이 가능하게 시스템을 구성하는 것이다.As described above, the present embodiment controls the power transmission unit 10 to operate as a generator when the output is sufficient by grasping the current output state of the propulsion engine 1, and when the output is insufficient, the power transmission unit 10 ) to be operated as a boosting motor, thereby configuring the system so that the propulsion engine 1 can be operated with an optimal output.

본 실시예는 추진엔진(1)의 출력이 최적 SFOC 기준 출력(최적 출력 값 또는 최적 출력 구간) 대비 낮은 경우와 높은 경우에 모두 대응이 가능하도록 시스템을 구성할 수 있으며, 이를 위하여 동력전달부(10)는 PTO 기능(전력 생산)과 PTI 기능(동력 인가)을 모두 가지는 축발전기모터(SGM)로 마련되는 것이 가장 바람직한 실시예로 제시될 수 있다.In this embodiment, the system can be configured to cope with both cases where the output of the propulsion engine 1 is low and high compared to the optimum SFOC reference output (optimal output value or optimum output section), and for this purpose, the power transmission unit ( 10) may be presented as the most preferred embodiment to be provided as a shaft generator motor (SGM) having both a PTO function (power generation) and a PTI function (power application).

한편, 본 실시예에서 제어부(30)에 의한 추진엔진(1)의 출력 상태 파악 등 계측(모니터링) 관련 동작은 실시간으로 이루어질 수 있으며, 실시간으로 변동되는 계측 정보에 따라 제어부(30)에 의한 동력전달부(10)의 제어 동작이 지속적으로 수행될 수 있다. On the other hand, in the present embodiment, measurement (monitoring) related operations such as understanding the output state of the propulsion engine 1 by the control unit 30 may be performed in real time, and the power by the control unit 30 according to measurement information that is changed in real time The control operation of the transmission unit 10 may be continuously performed.

CASE 2. 선박 추진엔진의 고정 출력 운항시의 제어 로직CASE 2. Control logic for fixed output operation of ship propulsion engine

두 번째 케이스는 추진엔진(1)의 출력을 최적 출력 값으로 고정시켜 선박이 운항하는 경우에 관한 것이다. 추진엔진(1)의 출력을 최적 출력으로 고정시켜 항해하는 경우에는 해상 상황에 따라 선속의 변화가 일어나게 되는데, 본 실시예에는 목적지의 도착 예정 시간과 선속 등의 조건을 고려하여 동력전달부(10)의 연동/연동해제 동작을 추천하면서 항해가 이루어지도록 함으로써, 선박의 연료소비율을 최적화시키는 것이 가능하도록 시스템을 구성한다.The second case relates to a case in which the ship operates by fixing the output of the propulsion engine 1 to the optimum output value. In the case of sailing by fixing the output of the propulsion engine 1 to the optimum output, the ship speed changes depending on the sea conditions. In this embodiment, the power transmission unit 10 ), the system is configured so that it is possible to optimize the fuel consumption rate of the ship by recommending the operation of interlocking/uninterlocking and sailing.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박의 최적운항시스템에서, 제어부(30)는 선내에 마련되는 각종 전장 장비들의 Load Factor들을 고려한 선박의 전체 ELA(Electric Load Analysis)를 분석하여 동력전달부(10)의 적합한 PTO 값을 결정한 상태에서 해상 상황(파도, 바람 등)의 데이터를 수집 및 분석하여 BMS(Bridge Manoeuvring System, 40)에 최적의 속도를 추천하게 된다.3 and 4, in the ship's optimal navigation system according to the second embodiment of the present invention, the control unit 30 considers the load factors of various electric equipment provided in the ship. ) to collect and analyze data of sea conditions (waves, winds, etc.) in a state where the appropriate PTO value of the power transmission unit 10 is determined, and the optimal speed is recommended for the BMS (Bridge Manoeuvring System, 40).

즉, 본 실시예에서는 ELA 분석을 통하여 동력전달부(10)의 적합한 PTO 값이 고정되고, 선박 내에 구비되는 각종 센서들로부터 해상 상황에 대한 데이터를 수집하여 선박의 예상 선속(최적의 속도)을 계산하며, 예상 선속의 변화를 고려하여 상기와 같이 고정된 PTO 값을 가지는 동력전달부(10)를 연동/연동해제시킴으로써 선박이 최적 출력 값을 유지할 수 있도록 한다.That is, in this embodiment, the appropriate PTO value of the power transmission unit 10 is fixed through ELA analysis, and data on the sea condition is collected from various sensors provided in the ship to determine the expected ship speed (optimum speed) of the ship. Calculation and by interlocking/disengaging the power transmission unit 10 having the fixed PTO value as described above in consideration of the change in the expected ship speed, the vessel can maintain the optimal output value.

구체적인 예를 들어, 추진엔진(1)의 고정 출력(최적 출력) 조건에서 해상 상황의 변화에 따라 추천되는 최적의 속도가 감소하는 경우, 동력전달부(10)를 PTO 모드로서 연동시켜 선속이 감소되는 만큼 잉여되는 동력을 발전에 사용될 수 있도록 함으로써 추진엔진(1)의 출력이 최적 출력 조건을 유지할 수 있도록 한다. For a specific example, when the recommended optimal speed decreases according to a change in sea conditions in the fixed output (optimal output) condition of the propulsion engine 1, the ship speed is reduced by interlocking the power transmission unit 10 as a PTO mode By allowing the surplus power to be used for power generation as much as possible, the output of the propulsion engine 1 can maintain the optimum output condition.

반대로, 해상 상황의 변화에 따라 추천되는 최적의 속도가 증가하는 경우에는, 동력전달부(10)가 PTO 모드로서 동작 중이라면 PTO 기능을 연동해제시킴으로써 추진엔진(1)의 출력이 모두 프로펠러(3)를 회전시키는 동력으로 사용되도록 한다. 이때, PTO 기능의 연동해제에도 불구하고 추진엔진(1)의 출력으로 최적의 속도를 달성할 수 없는 경우라면, 동력전달부(10)를 PTI 모드로서 동작시켜 추진엔진(1)과 동력전달부(10)의 복합 동력으로 선박의 추진을 실시함으로써 최적의 속도를 유지할 수 있도록 한다.Conversely, when the recommended optimal speed increases according to a change in sea conditions, if the power transmission unit 10 is operating in the PTO mode, the output of the propulsion engine 1 is all output to the propeller 3 by disengaging the PTO function. ) to be used as the power to rotate. At this time, if the optimum speed cannot be achieved with the output of the propulsion engine 1 despite the release of the PTO function, the power transmission unit 10 is operated in the PTI mode to operate the propulsion engine 1 and the power transmission unit It is possible to maintain the optimum speed by propulsion of the ship with the combined power of (10).

상기와 같이, 본 실시예에서 선박은 해상 상황의 변화 및 이에 따른 예상 선속을 고려한 PTO의 연동/연동해제 동작에 따라 추진엔진(1)의 최적 출력 조건을 유지한 상태에서 최적의 속도로 운항할 수 있고, 따라서 최소의 연료소비율을 구현하는 것이 가능해진다.As described above, in this embodiment, the ship operates at the optimum speed while maintaining the optimum output condition of the propulsion engine 1 according to the interlocking/uninterlocking operation of the PTO in consideration of the change in sea conditions and the expected ship speed. Therefore, it becomes possible to realize a minimum fuel consumption rate.

본 실시예에서 제어부(30)는 해상 상황에 대한 데이터를 수집하고 이에 따라 선박의 예상 선속(최적의 속도)을 계산하는 기능을 수행할 수 있으며, 계측된 정보를 기반으로 동력전달부(10)의 동작을 제어할 수 있다. 또한, BMS(40)는 제어부(30)로부터 신호를 전달받아 선속을 제어(Speed up/Slow down)할 수 있다.In this embodiment, the control unit 30 may perform a function of collecting data on the sea situation and calculating the expected ship speed (optimal speed) of the vessel accordingly, and based on the measured information, the power transmission unit 10 operation can be controlled. In addition, the BMS 40 may receive a signal from the control unit 30 to control the ship speed (Speed up/Slow down).

한편, 본 실시예에서 제어부(30)에 의한 추진엔진(1)의 출력 상태 및 해상 상황에 대한 데이터 수집, 예상 선속의 계산 등의 계측(모니터링) 관련 동작은 실시간으로 이루어질 수 있으며, 실시간으로 변동되는 계측 정보에 따라 제어부(30)에 의한 동력전달부(10)의 제어, BMS(40)에 의한 선속 제어 등의 제어 관련 동작이 지속적으로 수행될 수 있다. 즉, 본 발명은 추진엔진의 출력 상태 및 해상 상황 등의 지속적인 변화에 즉각적으로 대응할 수 있도록 시스템이 구현될 수 있다.Meanwhile, in the present embodiment, measurement (monitoring) related operations such as data collection and calculation of expected ship speed on the output state and sea condition of the propulsion engine 1 by the control unit 30 may be performed in real time, and change in real time Control-related operations such as control of the power transmission unit 10 by the control unit 30 and control of the ship speed by the BMS 40 may be continuously performed according to the measured information. That is, in the present invention, the system can be implemented so as to immediately respond to continuous changes in the output state of the propulsion engine and sea conditions.

또한, 본 실시예에서 해상 상황에 대한 데이터란, 예컨대 해저지형, 해상날씨, 해류에 따른 파도와 조류 및 풍향과 같이 선박의 운항에 영향을 미칠 수 있는 해상 상태에 관련된 모든 정보를 포함할 수 있으며, 해상 상태에 따른 프로펠러(3)의 반류 정보도 포함할 수 있다.In addition, in the present embodiment, the data on the sea condition may include all information related to the sea condition that may affect the operation of the vessel, such as seabed topography, sea weather, waves, currents and wind direction according to the sea current. , may also include countercurrent information of the propeller 3 according to the sea state.

상술한 바와 같이, 본 실시예는 해상 상황의 계측 정보에 따라 동력전달부(10)를 연동/연동해제시킴으로써 추진엔진(10)이 최적 출력 조건 하에서 최적의 속도로 운항할 수 있고, 따라서 추진엔진(1)의 최적 출력 운항을 통한 최적의 연료소비율을 구현하는 것이 가능하다.As described above, in this embodiment, the propulsion engine 10 can operate at an optimum speed under the optimum output condition by interlocking/disengaging the power transmission unit 10 according to the measurement information of the sea situation, and thus the propulsion engine It is possible to realize the optimum fuel consumption ratio through the operation with the optimum output of (1).

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.The present invention is not limited to the described embodiments, and it is apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Accordingly, it should be said that such modifications or variations are included in the claims of the present invention.

1: 추진엔진
2: 추진축
3: 프로펠러
10: 동력전달부
20: 에너지저장부
30: 제어부
40: BMS1: propulsion engine
2: propulsion shaft
3: propeller
10: power transmission unit
20: energy storage unit
30: control unit
40: BMS

Claims (13)

프로펠러와 추진축을 통해 연결되어 선박의 추진력을 발생시키는 추진엔진;
상기 추진축에 연결되어 상기 추진엔진으로부터 상기 프로펠러로 공급되는 동력의 일부를 이용하여 전력을 생산하는 동력전달부; 및
상기 추진엔진의 현재 출력 상태를 상기 추진엔진의 최소 연료소비율(SFOC)을 기준으로 산정된 최적 출력 값과 비교하여 상기 동력전달부의 연동 또는 연동해제 동작을 제어하는 제어부를 포함하는,
선박의 최적운항시스템.a propulsion engine connected through a propeller and a propulsion shaft to generate propulsion force of the ship;
a power transmission unit connected to the propulsion shaft to generate power using a portion of power supplied from the propulsion engine to the propeller; and
Comprising a control unit for controlling the interlocking or disengaging operation of the power transmission unit by comparing the current output state of the propulsion engine with an optimum output value calculated based on the minimum fuel consumption ratio (SFOC) of the propulsion engine,
Optimal navigation system for ships. 청구항 1에 있어서,
상기 동력전달부는 상기 추진축에 결합되어 상기 추진엔진의 구동에 따라 발생하는 회전력으로 발전하는 축발전기(Shaft Generator) 또는 상기 추진축에 결합되어 상기 추진엔진의 구동에 따라 발생하는 회전력으로 발전하거나 상기 추진축에 회전력을 부가하는 기능 중 어느 하나의 기능을 수행하는 축발전기모터(Shaft Generator Motor)인 것을 특징으로 하는,
선박의 최적운항시스템.The method according to claim 1,
The power transmission unit is coupled to the propulsion shaft to generate rotational force generated according to the driving of the propulsion engine or a shaft generator coupled to the propulsion shaft to generate torque generated according to the driving of the propulsion engine or to the propulsion shaft. Characterized in that it is a shaft generator motor that performs any one of the functions of adding rotational force,
Optimal navigation system for ships. 청구항 2에 있어서,
상기 추진엔진의 현재 출력 상태가 상기 최적 출력 값보다 낮게 운항 중인 경우, 상기 동력전달부를 PTO(Power Take-Off) 모드로서 연동시켜 상기 추진엔진의 동력 일부를 이용하여 전력을 생산함으로써 상기 추진엔진의 출력을 높이는 것을 특징으로 하는,
선박의 최적운항시스템.3. The method according to claim 2,
When the current output state of the propulsion engine is operating lower than the optimal output value, the power transmission unit is interlocked as a PTO (Power Take-Off) mode to produce power using a part of the power of the propulsion engine to produce power of the propulsion engine. Characterized in increasing the output,
Optimal navigation system for ships. 청구항 3에 있어서,
상기 동력전달부에서 생산된 전력은 선내 전력 계통으로 공급되며, 상기 선내 전력 계통에서 필요로 하는 전력 수요가 없는 경우 또는 상기 선내 전력 계통으로 공급되고 남는 잉여의 전력은 에너지저장부에 저장되는 것을 특징으로 하는,
선박의 최적운항시스템.4. The method according to claim 3,
The power produced by the power transmission unit is supplied to the onboard power system, and when there is no power demand required by the onboard power system, or the surplus power remaining after being supplied to the onboard power system is stored in the energy storage unit to do,
Optimal navigation system for ships. 청구항 4에 있어서,
상기 추진엔진의 현재 출력 상태가 상기 최적 출력 값보다 높게 운항 중인 경우에는, 상기 동력전달부의 상기 PTO 모드를 연동해제시킴으로써 상기 추진엔진의 출력을 낮추는 것을 특징으로 하는,
선박의 최적운항시스템.5. The method according to claim 4,
When the current output state of the propulsion engine is operating higher than the optimum output value, characterized in that the lowering of the output of the propulsion engine by disengaging the PTO mode of the power transmission unit,
Optimal navigation system for ships. 청구항 5에 있어서,
상기 동력전달부는 축발전기모터이고,
상기 PTO 모드의 연동해제에도 불구하고 상기 추진엔진의 출력 상태가 상기 최적 출력 값보다 높은 경우, 상기 동력전달부를 PTI(Power Take-In) 모드로 동작시켜 상기 추진엔진과 상기 동력전달부의 복합 동력으로 상기 선박을 추진함으로써 상기 추진엔진의 출력을 낮추는 것을 특징으로 하는
선박의 최적운항시스템.6. The method of claim 5,
The power transmission unit is a shaft generator motor,
When the output state of the propulsion engine is higher than the optimal output value despite the release of the PTO mode, the power transmission unit operates in a PTI (Power Take-In) mode to use the combined power of the propulsion engine and the power transmission unit By propulsion of the vessel, characterized in that lowering the output of the propulsion engine
Optimal navigation system for ships. 청구항 6에 있어서,
상기 동력전달부가 PTI 모드로서 동작시 구동전력으로는 상기 에너지저장부에 저장된 전력을 사용하는 것을 특징으로 하는,
선박의 최적운항시스템.7. The method of claim 6,
When the power transmission unit operates in the PTI mode, it is characterized in that the power stored in the energy storage unit is used as driving power.
Optimal navigation system for ships. 프로펠러와 추진축을 통해 연결되어 선박의 추진력을 발생시키는 추진엔진;
상기 추진축에 연결되어 상기 추진엔진으로부터 상기 프로펠러로 공급되는 동력의 일부를 이용하여 전력을 생산하는 동력전달부; 및
상기 동력전달부의 연동 또는 연동해제 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 선박의 최적운항시스템의 운용방법에 있어서,
상기 추진엔진의 최소 연료소비율(SFOC)을 기준으로 최적 출력 값을 산정하는 산정단계;
상기 추진엔진의 현재 출력 상태를 상기 최적 출력 값과 비교하는 비교단계; 및
상기 현재 출력 상태 및 상기 최적 출력 값의 비교 결과에 따라 상기 동력전달부의 연동 또는 연동해제 동작을 제어하는 제어단계를 포함하는,
선박의 최적운항시스템의 운용방법.a propulsion engine connected through a propeller and a propulsion shaft to generate propulsion force of the ship;
a power transmission unit connected to the propulsion shaft to generate power using a portion of power supplied from the propulsion engine to the propeller; and
In the operating method of the optimal navigation system of a ship comprising a control unit for controlling the interlocking or disengaging operation of the power transmission unit,
a calculation step of calculating an optimum output value based on the minimum fuel consumption ratio (SFOC) of the propulsion engine;
a comparison step of comparing the current output state of the propulsion engine with the optimal output value; and
Comprising a control step of controlling the interlocking or disengaging operation of the power transmission unit according to the comparison result of the current output state and the optimal output value,
The operation method of the ship's optimal navigation system. 청구항 8에 있어서,
상기 비교단계에서 상기 현재 출력 상태가 상기 최적 출력 값보다 낮게 운항 중인 것으로 측정되는 경우,
상기 제어단계에서 상기 동력전달부를 PTO(Power-Take-Off) 모드로서 연동시켜 상기 추진엔진의 동력 일부를 이용하여 전력을 생산함으로써 상기 추진엔진의 출력을 높이는 것을 특징으로 하는,
선박의 최적운항시스템의 운용방법.9. The method of claim 8,
When it is measured that the current output state is operating lower than the optimal output value in the comparison step,
Characterized in that in the control step, the power transmission unit is linked as a PTO (Power-Take-Off) mode to increase the output of the propulsion engine by using a part of the power of the propulsion engine to produce power,
The operation method of the ship's optimal navigation system. 청구항 9에 있어서,
상기 제어단계에서,
선내 전력 계통에서 필요로 하는 전력 수요가 있는 경우에는 상기 동력전달부에서 생산된 전력을 선내 전력 계통으로 공급한 후 남는 잉여 전력은 에너지저장부에 저장하고,
상기 선내 전력 계통에서 필요로 하는 전력 수요가 없는 경우에는 상기 동력전달부에서 생산된 전력을 상기 에너지저장부에 바로 저장시키는 것을 특징으로 하는,
선박의 최적운항시스템의 운용방법.10. The method of claim 9,
In the control step,
When there is a demand for power required by the onboard power system, the surplus power remaining after supplying the power produced by the power transmission unit to the onboard power system is stored in the energy storage unit,
Characterized in that when there is no power demand required by the onboard power system, the power produced by the power transmission unit is directly stored in the energy storage unit,
The operation method of the ship's optimal navigation system. 청구항 10에 있어서,
상기 비교단계에서 상기 현재 출력 상태가 상기 최적 출력 값보다 높게 운항 중인 것으로 측정되는 경우,
상기 제어단계에서 상기 동력전달부의 PTO 모드를 연동해제시킴으로써 상기 추진엔진의 출력을 낮추는 것을 특징으로 하는,
선박의 최적운항시스템의 운용방법.11. The method of claim 10,
When it is measured that the current output state is operating higher than the optimal output value in the comparison step,
Characterized in lowering the output of the propulsion engine by releasing the PTO mode of the power transmission unit in the control step,
The operation method of the ship's optimal navigation system. 청구항 11에 있어서,
상기 동력전달부는 상기 추진축에 결합되어 상기 추진축의 회전력으로 발전하는 기능과 상기 추진축에 회전력을 부가하는 기능을 모두 수행할 수 있는 축발전기모터(Shaft Generator Motor)이고,
상기 동력전달부의 PTO 모드를 연동해제시킴에도 불구하고 상기 추진엔진의 출력 상태가 상기 최적 출력 값보다 높은 경우, 상기 제어단계에서 상기 동력전달부를 PTI(Power Take-In) 모드로 동작시켜 상기 추진엔진과 상기 동력전달부의 복합 동력으로 상기 선박을 추진함으로써 상기 추진엔진의 출력을 낮추는 것을 특징으로 하는,
선박의 최적운항시스템의 운용방법.12. The method of claim 11,
The power transmission unit is a shaft generator motor that is coupled to the propulsion shaft and can perform both a function of generating power by the rotational force of the propulsion shaft and a function of adding a rotational force to the propulsion shaft,
When the output state of the propulsion engine is higher than the optimum output value despite the release of the PTO mode of the power transmission unit, the power transmission unit is operated in a PTI (Power Take-In) mode in the control step to operate the propulsion engine And by propelling the ship with the combined power of the power transmission unit, characterized in that lowering the output of the propulsion engine,
The operation method of the ship's optimal navigation system. 청구항 12에 있어서,
상기 동력전달부가 PTI 모드로서 동작시 구동전력으로는 상기 에너지저장부에 저장된 전력을 사용하는 것을 특징으로 하는,
선박의 최적운항시스템의 운용방법.13. The method of claim 12,
When the power transmission unit operates in the PTI mode, it is characterized in that the power stored in the energy storage unit is used as driving power.
The operation method of the ship's optimal navigation system.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102566708B1 (en) * 2022-08-31 2023-08-14 (주) 마스터볼트코리아 A smart power system for ships using lithium battery and shaft generator

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