KR20220160293A - 선박 - Google Patents
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Abstract
선박이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 선박은 제1메인 엔진을 갖는 제1추진기; 제2메인 엔진을 갖는 제2추진기; 상기 제1추진기의 제1동력축 상에 설치되어 전력을 생산하는 축발전기; 및 상기 제2추진기의 출력을 상기 제1동력축으로 전달하는 동력 전달부를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 선박에 관한 것이다.
최근 친환경 및 에너지 절약 등의 이유로 샤프트 제너레이터(shaft generator(SG) 및 동력 인출장치(power take off: PTO) 설치를 통해서 발전(發電)하는 방식이 증가하는 추세이다.
특히, 대형 컨테이너(container) 선박의 경우, 선박 운항 시 주로 샤프트 제너레이터(SG)를 많이 사용하며, 또한 냉동컨테이너(reefer container)가 많이 실리기에 많은 전력 공급이 필요하다.
이러한 샤프트 제너레이터는 경제적인 발전 방식을 위하여 추진축에 개별적으로 설치된다. 그리고, 2개의 추진축을 갖는 선박의 경우에도 마찬가지로 각각의 추진축에 샤프트 제너레이터를 설치하는 것이 보편적이다.
그러나, 추진축에 연결된 메인 엔진은 샤프트 제너레이터 대비하여 상대적으로 큰 용량을 갖는다. 따라서, 항내에서 메인 엔진을 구동하여 샤프트 제너레이터를 발전하려면 저부하 영역에서 운전이 되어 엔진 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 추진 출력이 필요없는 상태에서 발전출력의 효율을 높일 수 있는 선박을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 제1메인 엔진을 갖는 제1추진기; 제2메인 엔진을 갖는 제2추진기; 상기 제1추진기의 제1동력축 상에 설치되어 전력을 생산하는 축발전기; 및 상기 제2추진기의 출력을 상기 제1동력축으로 전달하는 동력 전달부를 포함하는 선박이 제공될 수 있다.
또한, 상기 동력 전달부는 상기 제1동력축에 설치되는 제1기어박스; 상기 제2동력축에 설치되는 제2기어박스; 및 상기 제1기어박스와 상기 제2기어박스를 연결하는 전달축을 포함할 수 있다.
또한, 상기 동력 전달부는 상기 전달축에 설치되어 상기 제2기어박스에서 상기 제1기어박스로의 동력 전달을 단속하는 제1클러치를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1동력축에 설치되는 제1프로펠러와 상기 제1기어박스 사이에 설치되어 상기 제1프로펠러로의 동력 전달을 단속하는 제2클러치; 및 상기 제2동력축에 설치되는 제2프로펠러와 상기 제2기어박스 사이에 설치되어 상기 제2프로펠러로의 동력 전달을 단속하는 제3클러치를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 축발전기는 상기 제1동력축 상의 상기 제2기어박스와 상기 제2메인 엔진 사이에 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1클러치, 상기 제2클러치, 상기 제3클러치의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하되; 상기 제어부는 선박이 정박중인 경우 상기 제1메인 엔진만 단독으로 운전하여 상기 축발전기에서 전력을 생산하도록 상기 제1클러치, 상기 제2 클러치 그리고 상기 제3 클러치를 해제하도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 선박이 운항중인 경우 상기 제1메인 엔진과 상기 제2메인 엔진의 출력을 선박 추진과 상기 축 발전기의 전력 생산에 사용하도록 상기 제1클러치, 상기 제2 클러치 그리고 상기 제3 클러치를 연결하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 추진 출력이 필요없는 상태에서 발전출력의 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 선박의 선미부를 보여주는 측면 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 선박의 선미부를 보여주는 평면 구성도이다.
도 3은 전력공급부를 설명하기 위한 구성도이다.
도 4 내지 도 5는 전력공급부의 작동 상태를 보여주는 도면들이다.
도 2는 도 1에 도시된 선박의 선미부를 보여주는 평면 구성도이다.
도 3은 전력공급부를 설명하기 위한 구성도이다.
도 4 내지 도 5는 전력공급부의 작동 상태를 보여주는 도면들이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 공지된 구성에 대한 일반적인 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다. 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 도면에서 일부 구성은 다소 과장되거나 축소되어 도시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 선박의 선미부를 보여주는 측면 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 선박의 선미부를 보여주는 평면 구성도이다.
본 명세서에서, 선박(10)은 자항 능력을 갖춘 FPSO, LNG 운반선, 여객선, 화물선, 유조선 등일 수도 있고, LNG(Liquefied Natural Gas), LEG(Liquefied Ethane Gas) 등 극저온의 액화가스를 엔진의 연료로써 사용하는 다양한 선박으로 제공될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 선박(10)은 선체(100)와, 선체(100)의 후미에 결합되는 프로펠러(216,226)를 회전시켜 선체(100)를 추진시키는 추진부(200), 전력공급부(300) 그리고 제어부(400)를 포함할 수 있다. 추진부(200)와 전력공급부(300)는 선박의 추진 및 전력을 공급하기 위한 장치이다.
추진부(200)는 좌현 추진부(210)와 우현 추진부(220)를 갖는 트윈 프로펠러 시스템(twin-propeller system)을 포함할 수 있다. 선박의 추진부(200)는 선미에 횡방향으로 일정 간격을 두고 설치한 한 쌍의 프로펠러(216,226)를 동시에 구동하여 추진력을 발생시키는 것으로 하나의 프로펠러를 사용하는 일반 선박에 비하여 고출력의 추진력을 발생할 수 있다. 선박의 추진부(200)는 운항시에 좌현 추진부(210)와 우현 추진부(220)의 프로펠러(216,226)를 동시에 구동하여서 고출력의 추진력을 발생할 수 있어 대형 선박이나 고속 운항 선박에 적용하는 경우 만족할만한 추진력을 얻을 수 있으며, 어느 한쪽 프로펠러가 추진이 불가능한 상황에서도 일정 수준 이상의 추력을 유지 할 수 있다.
좌현 추진부(210)와 우현 추진부(220)는 제1 및 제2 프로펠러(216,226)를 해당 동력축(214,224)을 통해 각각 회전 구동하는 제1 및 제2 메인 엔진(212,222)을 포함할 수 있다.
제1메인 엔진(212) 및 제2 메인 엔진(222)은 연료를 연소시켜 동력을 얻을 수 있는 동일한 종류의 또는 동일한 사양의 내연기관을 의미하며, 2행정 또는 4행정 기관일 수 있고, 디젤 엔진 등과 같이 오일을 연료로 할 수도 있으며, ME-GI 엔진 및 DFDE 등 LNG와 같은 액화가스를 기화시켜 가스 연료로 공급받을 수 있는 이중연료 엔진일 수도 있다. 일 예로, 제1,2메인 엔진(212,222)은 오일 및 LNG화물창에서 자연 기화된 증발가스(NBOG)(자연기화 증발가스가 부족한 경우 LNG를 강제 기화시킨 증발가스 사용)를 연료로 공급받을 수 있는 이중연료 엔진인 것이 바람직하다. 본 명세서에서 "동일한 종류의 엔진" 또는 "동일한 사양의 엔진"이라는 표현은, 엔진의 외형이나 구조가 완벽하게 동일한 엔진을 의미하는 것일 뿐만 아니라, 외형이나 구조가 다소 상이하더라도 사용하는 연료(연료가스 및 연료유)에 대한 요구압력 및 요구온도가 동일한 엔진을 의미하는 것일 수 있다.
한편, 제1동력축(214)은 제1샤프트 클러치(218)를 포함할 수 있다. 제1샤프트 클러치(218)는 제1프로펠러(216)와 제1기어박스(320) 사이에 위치될 수 있다. 제2동력축(224)은 제2샤프트 클러치(228)를 포함할 수 있다. 제2샤프트 클러치(228)는 제2프로펠러(226)와 제2기어박스(330) 사이에 위치될 수 있다. 제1,2샤프트 클러치(218,228)는 제1,2메인 엔진으로부터 제1,2프로펠러(216,226)로의 동력을 선택적으로 전달 또는 차단할 수 있다.
도 3은 전력공급부를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 전력공급부(300)는 축발전기(SGM;Shaft Generator Motor)(390) 및 동력전달부(310)를 포함할 수 있다.
축발전기(390)는 제1동력축(214) 상에 설치될 수 있다. 축발전기(390)는 제1기어박스(320)와 제1메인 엔진(212) 사이에 위치될 수 있다. 축발전기(390)는 제1메인 엔진(212)의 출력 및 제2메인 엔진(222)의 출력에 의해 전력을 생산할 수 있다.
동력전달부(310)는 우현 추진기의 제2동력축(224)의 회전력을 제1동력축(214)으로 전달할 수 있다. 축발전기(390)는 제1동력축(214)의 회전력과 동력전달부를 통해 전달받은 회전력을 이용해 전력을 생산하거나 또는 제1동력축(214)의 회전력만으로 전력을 생산할 수 있다.
추가동력전달부(310)는 제1기어박스(320), 제2기어박스(330) 그리고 전달축(340)을 포함할 수 있다.
제1기어박스(320)는 제1동력축(214)에 설치되고, 제2기어박스(330)는 제2동력축(224)에 설치될 수 있다. 전달축(340)은 제1기어박스(320)와 제2기어박스(330)에 연결된다. 전달축(340)은 제2동력축(224)의 회전력을 제2기어박스(330)를 통해 전달받아서 제1기어박스(320)로 전달한다. 이렇게 제1기어박스(320)로 전달된 회전력은 제1동력축(214)으로 전달된다. 즉, 제1기어박스(320)와 제2기어박스(330) 그리고 전달축(340)은 제2동력축(224)의 회전력을 제1동력축(214)으로 전달한다. 제1기어박스(320) 및 제2기어박스(330)는 회전력을 높이고 토크를 낮출 수 있는 기어비를 갖는 것이 바람직하다.
전달축(340)에는 제1클러치(342)가 제공된다. 제1클러치(342)는 제2기어박스(320)의 출력축과 선택적으로 연결할 수 있도록 제공될 수 있다.
일례로, 축발전기(390)는 제1메인 엔진(312)과 제2메인 엔진(322)에서 동력소비처인 프로펠러로 전달되는 회전력을 제공받아 전력을 생산하거나 또는 제1메인 엔진(212)의 출력만으로 전력을 생산할 수 있다. 여기서 축발전기는 선박에서 필요로 하는 최대 전력 생산이 가능한 용량을 갖는 것이 바람직하다.
축발전기(390)에서 발생된 전력은 BUS(미도시됨)를 통해 선박 내의 각종 전력수요처에 공급되거나, 충전용 전력으로 변환시키는 컨버터(미도시됨)를 거쳐 배터리(미도시됨)에 직접 저장될 수 있다.
제어부(400)는, 선박의 운항모드에 따라 별로, 제1클러치(342), 제1샤프트 클러치(218) 그리고 제2샤프트 클러치(228)를 제어할 수 있다.
일 예로, 제어부(400)는 선박이 정박중인 경우 제1클러치(342), 제1샤프트 클러치(218) 그리고 제2샤프트 클러치(228)를 해제할 수 있다. 도 4를 참조하면, 선박(10)이 정박 상태에서는, 제1,2프로펠러(216,226)와 연결된 제1,2동력축(214,224)이 제1샤프트 클러치(218) 및 제2샤프트 클러치(228)에 의해 해제되고, 제1메인 엔진(212) 하나만 구동시킴으로써, 제1메인 엔진(212)의 회전력이 제1구동축(214)에 설치된 축발전기(390)로 제공될 수 있다.
또한, 제어부(400)는 선박이 운항중인 경우 제1클러치(342), 제1샤프트 클러치(218) 그리고 제2샤프트 클러치(228)를 모두 연결한다. 도 5를 참조하면, 선박(10)이 운항 상태에서는, 제1,2프로펠러(216,226)는 제1,2동력축(214,224)에 의해 회전되고, 제2동력축(224)의 회전력이 동력전달부(310)를 통해 제1동력축(214)으로 전달된다.
도 4를 참조하면, 선박(10)이 정상 운항중인 상태에서는 제1클러치(342), 제1샤프트 클러치(218) 그리고 제2샤프트 클러치(228)를 모두 연결할 수 있다. 제2메인 엔진에 의한 출력 일부는 제2동력축(224)에서 제2기어박스(330) -> 전달축 -> 제1기어박스(330)를 통해 축발전기(390)로 전달될 수 있다. 이때 제1동력축(214)과 제2동력축(224)의 회전수 차이는 기어 박스에서 보상하여 단일 회전수 및 회전력으로 축발전기(390)에 전달될 수 있다.
본 실시예에서 제1,2메인 엔진(212,222)의 정격 출력이 10MW, 축 발전기(390)의 정격출력이 4MW, 프로펠러(216,226)당 추진 출력이 8MW 로 가정할 경우, 선박이 정상 운항상태에서 추진 출력은 16MW(프로펠러 1개당 8MW * 2), 우현 추진기(220)의 출력 일부(우현 추진기에서 필요한 추진 출력을 제외한 나머지 출력)를 동력 전달부(310)를 통해 좌현 추진기(210)로 몰아줌으로써 좌현 추진기(210)에 설치된 축 발전기(390)에서는 원하는 발전 출력(4MW)을 생산할 수 있고, 추진부(200)에서의 엔진 부하율은 100%가 된다.
도 5를 참조하면, 선박(10)이 항내 발전 모드에서는 제1클러치(342), 제1샤프트 클러치(218) 그리고 제2샤프트 클러치(228)가 연결 해제된다. 항내 발전 모드에서 추진 출력은 0MW, 발전 출력만 4MW가 필요하게 된다. 이때에는 제1메인 엔진만 운영하여 축 발전기(390)에서 4MW의 발전 출력을 생산한다. 따라서, 기존에 각각의 추진기에 설치된 축 발전기 2대를 작동시키기 위해 2대의 엔진이 모두 운영하면서 발생되는 부하율이 본 발명에서는 1대의 엔진을 이용함으로써 부하율을 40%로 높일 수 있다. (엔진의 부하율이 높을수록 고효율 발전이 가능)
이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
100 : 선체
200 : 추진부
300 : 전력공급부 310 : 동력전달부
320 : 제1기어박스 330 : 제2기어박스
340 : 전달축 390 : 축발전기
300 : 전력공급부 310 : 동력전달부
320 : 제1기어박스 330 : 제2기어박스
340 : 전달축 390 : 축발전기
Claims (7)
- 제1메인 엔진을 갖는 제1추진기;
제2메인 엔진을 갖는 제2추진기;
상기 제1추진기의 제1동력축 상에 설치되어 전력을 생산하는 축발전기; 및
상기 제2추진기의 출력을 상기 제1동력축으로 전달하는 동력 전달부를 포함하는 선박. - 제 1 항에 있어서,
상기 동력 전달부는
상기 제1동력축에 설치되는 제1기어박스;
상기 제2동력축에 설치되는 제2기어박스; 및
상기 제1기어박스와 상기 제2기어박스를 연결하는 전달축을 포함하는 선박. - 제 2 항에 있어서,
상기 동력 전달부는
상기 전달축에 설치되어 상기 제2기어박스에서 상기 제1기어박스로의 동력 전달을 단속하는 제1클러치를 더 포함하는 선박. - 제 3 항에 있어서,
상기 제1동력축에 설치되는 제1프로펠러와 상기 제1기어박스 사이에 설치되어 상기 제1프로펠러로의 동력 전달을 단속하는 제2클러치; 및
상기 제2동력축에 설치되는 제2프로펠러와 상기 제2기어박스 사이에 설치되어 상기 제2프로펠러로의 동력 전달을 단속하는 제3클러치를 더 포함하는 선박. - 제 1 항에 있어서,
상기 축발전기는 상기 제1동력축 상의 상기 제2기어박스와 상기 제2메인 엔진 사이에 제공되는 선박. - 제 4 항에 있어서,
상기 제1클러치, 상기 제2클러치, 상기 제3클러치의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하되;
상기 제어부는
선박이 정박중인 경우 상기 제1메인 엔진만 단독으로 운전하여 상기 축발전기에서 전력을 생산하도록 상기 제1클러치, 상기 제2 클러치 그리고 상기 제3 클러치를 해제하도록 제어하는 선박. - 제 6 항에 있어서,
상기 제어부는
선박이 운항중인 경우 상기 제1메인 엔진과 상기 제2메인 엔진의 출력을 선박 추진과 상기 축 발전기의 전력 생산에 사용하도록 상기 제1클러치, 상기 제2 클러치 그리고 상기 제3 클러치를 연결하도록 제어하는 선박.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination |