KR20220163072A - 공기 윤활 시스템이 적용된 선박 및 상기 선박의 해수를 이용한 발전장치 - Google Patents

공기 윤활 시스템이 적용된 선박 및 상기 선박의 해수를 이용한 발전장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공기 윤활 시스템이 적용된 선박 및 상기 선박의 해수를 이용한 발전장치에 관한 것으로, 내부로 해수가 유입되어 흐를 수 있도록 선체의 하부에 관통 형성되는 관통배관부; 및 상기 관통배관부 상에 설치되어 전기 에너지를 생성하는 터빈유닛을 포함하고, 상기 터빈유닛은, 상기 관통배관부로 유입되는 해수의 흐름 방향에 관계없이 발전이 가능하기 위하여, 상기 관통배관부의 길이방향에 수직되게 설치되어 양방향 회전되는 수직축을 포함한다.

Description

공기 윤활 시스템이 적용된 선박 및 상기 선박의 해수를 이용한 발전장치{SHIP APPLIED WITH AIR LUBIRCATION SYSTEM AND ITS POWER GENERATING APPARATUS USING SEAWATER}
본 발명은 공기 윤활 시스템이 적용된 선박에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 선체의 선저부 표면에 압축공기를 분사하여 선박의 마찰 저항을 감소시킬 수 있는 공기 윤활 시스템이 적용된 선박 및 상기 선박의 해수를 이용한 발전장치에 관한 것이다.
일반적으로, 선박은 선체의 후미에 부착되어 있는 프로펠러(Propeller)가 회전할 때 발생하는 유체의 흐름을 이용하여 전진하며, 프로펠러를 회전시켜 일정 속도를 갖기 위하여 엔진을 구동하게 된다.
최근 세계적으로 환경규제가 강화되는 추세에 따라 질소산화물과 미세먼지 등 환경오염 물질의 배출량이 많은 디젤 엔진(Diesel engine) 선박보다는 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas)와 같이 황산화물이나 질소산화물 등의 오염 물질이 상대적으로 적은 친환경 연료 선박으로 대체해 나가고 있다.
특히, 글로벌 선사들의 친환경 고효율이라는 니즈(Needs)를 만족시키기 위하여, 자체적으로 전력을 생산할 수 있는 친환경 전력 생산 기술이나 선박의 추진 시 소비되는 연료를 절감하여 연료 사용량을 감축할 수 있는 연료 절감 기술 등에 대한 연구 및 개발이 활발히 진행되고 있다.
선박 운항 시 소요되는 연료비를 절감하기 위한 연료 절감 기술의 일 예로서, 선박의 후미나 프로펠러, 또는 러더 등의 형상을 개량하거나 별도의 부가물을 설치함으로써 추진 효율을 높이는 동시에 연료를 절감하는 연료 절감 장치(ESD; Energy Saving Device)가 큰 관심을 받고 있다.
한편, 선박의 운항 시에는 선체와 해수 사이에 마찰 저항(Frictional resistance)이 작용하게 되고, 대형의 선박일수록 해수와 접촉하는 면적이 증가함으로 인해 추진력이 크게 저하될 수 있으며, 이로 인한 연료비 증가를 초래한다.
따라서, 선박의 운항 시 소요되는 연료비를 절감하기 위하여 저항을 감소시키기 위한 다양한 노력들이 이루어지고 있는데, 선박의 선저부 표면에 압축공기(Compressed air)를 분사하여 선체와 해수 사이에 에어 버블(Air bubble)을 카페트처럼 깔아 선박의 마찰 저항을 줄여 주는 것이 매우 효과적인 것으로 알려져 있다.
이와 같이, 선박의 선저부 표면에 에어 버블을 통한 공기층을 형성하여 선체의 마찰 저항을 감소시키는 시스템을 공기 윤활 시스템(ALS; Air Lubircation System)이라고 한다.
전술한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래 기술을 의미하는 것은 아니다.
대한민국 등록특허공보 제10-1679491호 “공기 윤활 시스템”
일반적인 공기 윤활 시스템이 적용된 선박은, 선체의 선저부 표면에 압축공기를 분사하기 위하여 선체 내부에 설치된 대용량의 압축기(Air compressor)를 사용하게 되는데, 압축기를 구동하는데 많은 양의 전력을 필요로 하며 선체에 작용하는 마찰 저항을 감소시켜 전력 소모량을 절감하는 공기 윤활 시스템의 효과를 일부 상쇄시킬 수 있다.
다시 말해, 선박의 운항 시 선체의 선저부 표면에 에어 버블을 형성하고 선체에 작용하는 마찰 저항을 감소시켜 절감되는 전력량만큼 대용량 압축기의 지속적인 가동으로 인해 많은 전력을 소모하게 되므로 선박의 에너지 효율이 낮아지게 된다.
본 발명은 선박의 선저부 표면에 압축공기를 공급함으로써 선박의 운항 시 발생되는 마찰 저항을 저감시키되, 해수의 흐름을 이용하여 전기 에너지를 생성하여 공기 윤활 시스템을 가동하기 위한 전력원으로 사용하는 공기 윤활 시스템이 적용된 선박 및 상기 선박의 해수를 이용한 발전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선박의 해수를 이용한 발전장치로서, 내부로 해수가 유입되어 흐를 수 있도록 선체의 하부에 관통 형성되는 관통배관부; 및 상기 관통배관부 상에 설치되어 전기 에너지를 생성하는 터빈유닛을 포함하는 선박의 해수를 이용한 발전장치가 제공될 수 있다.
상기 터빈유닛은, 상기 관통배관부로 유입되는 해수의 흐름 방향에 관계없이 발전이 가능하기 위하여, 상기 관통배관부의 길이방향에 수직되게 설치되어 양방향 회전되는 수직축을 포함할 수 있다.
또한, 상기 관통배관부의 적어도 일부는 해수면 아래에 배치될 수 있다.
또한, 상기 관통배관부는 상기 선체의 좌현, 우현, 또는 선저부 중 적어도 어느 하나에 형성될 수 있다.
또한, 상기 관통배관부의 길이방향 양단에 설치되어 해수의 이물질을 여과하는 메쉬타입의 필터; 및 상기 관통배관부 내부로 압축공기를 공급하여 상기 필터의 이물질을 제거하기 위한 백워싱라인을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 백워싱라인은 상기 선체의 선저부 표면에 압축공기를 공급하기 위한 압축공기 공급라인으로부터 분기될 수 있다.
또한, 상기 관통배관부는, 중공의 파이프 형태를 가지며 상기 터빈유닛이 일체 형성되는 메인배관; 및 상기 메인배관의 전단 및 후단에 연결되어 해수가 유입 또는 배출되기 위한 개구를 갖는 한 쌍의 연장배관을 포함할 수 있다.
또한, 상기 개구는 상기 메인배관으로부터 멀어지는 방향으로 단면적이 점차 증가되게 형성될 수 있다.
또한, 상기 한 쌍의 연장배관에 각각 설치되어 상기 메인배관 내부로 해수의 유입을 차단하는 개폐밸브를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 백워싱라인은 상기 한 쌍의 연장배관에 각각 연결되되, 상기 필터와 상기 개폐밸브의 사이에 배치될 수 있다.
또한, 상기 터빈유닛은, 상기 메인배관의 내부에서 해수의 흐름에 의해 회전되며 상기 수직축으로 회전력을 전달하는 터빈 블레이드; 및 상기 수직축과 연결되어 상기 터빈 블레이드의 회전에 의해 전기 에너지를 생성하는 발전기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 선체의 마찰 저항을 감소시키기 위한 공기 윤활 시스템이 적용된 선박으로서, 상기 선체의 내부공간에 설치되어 압축공기를 생성하는 ALS 압축기; 상기 선체의 선저부 표면에 압축공기를 공급하기 위한 압축공기 공급라인; 및 상기 발전장치를 포함하고, 상기 ALS 압축기의 구동을 위한 전력원(Power source)으로써 상기 터빈유닛에서 생성된 전기 에너지를 이용하는 공기 윤활 시스템이 적용된 선박이 제공될 수 있다.
상기 터빈 유닛은 상기 선체의 기계실(Machinery room) 내부에서 유지보수 가능하게 구비될 수 있다.
본 발명은 해수의 흐름을 이용하여 전기 에너지를 생성하는 터빈유닛을 포함하고 상기 터빈유닛에서 생성된 전기 에너지를 공기 윤활 시스템의 전력원으로 사용함으로써 선박의 운용비용 측면에서 유리한 효과를 가질 수 있다.
또한, 터빈유닛이 설치된 관통배관부의 양단 개구는 단면적이 점차 증가되는 고깔 방사형 구조로 마련됨으로써, 해수의 흐름으로 인한 저항이나 선체의 파손을 최소화할 수 있으며, 관통배관부 내부로 해수의 유입 및 배출이 용이해지는 효과를 가질 수 있다.
또한, 관통배관부의 양단에 메쉬타입의 필터를 설치하여 해수의 이물질이 터빈유닛 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 공기 윤활 시스템의 압축공기 공급라인으로부터 분기되는 백워싱라인을 마련하여 필터에 끼어있는 이물질 제거를 위한 백워싱(backwashing) 작업이 가능해질 수 있다.
또한, 연장배관의 각각에 개폐밸브를 설치하여 필터 백워싱 작업 시 터빈유닛의 손상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 기계실(Machinery room) 내부에서 터빈유닛의 유지보수가 가능해지는 효과를 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 윤활 시스템이 적용된 선박의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 발전장치의 개략적인 측단면을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 윤활 시스템이 적용된 선박의 선수측 정면 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 개구를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 윤활 시스템이 적용된 선박의 해수를 이용한 발전장치의 일부를 분리하여 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 터빈 유닛의 다양한 변형예를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.
본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 윤활 시스템이 적용된 선박의 구성을 개략적인 평면으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 발전장치의 개략적인 측단면을 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 윤활 시스템이 적용된 선박의 선수측 정면 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
또한, 도 4는 도 3에 도시된 개구를 확대하여 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 윤활 시스템이 적용된 선박의 해수를 이용한 발전장치의 일부를 분리하여 나타낸 도면이며, 도 6은 도 5에 도시된 터빈 유닛의 다양한 변형예를 나타낸 도면이다.
본 실시예의 선박은, 선체의 선저부 표면에 압축공기를 분사하여 선박의 운항 시 선체의 마찰 저항을 감소시키기 위한 공기 윤활 시스템(ALS; Air Lubrication System)이 구비(또는, 적용)될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 윤활 시스템이 적용된 선박은, 선박의 선저부 표면에 압축공기를 분사하여 선박의 마찰 저항을 감소시키기 위한 것으로, 선체(H)의 내부공간에 설치되어 압축공기를 생성하는 ALS 압축기(10)와, ALS 압축기(10)와 연결되어 ALS 압축기(10)에서 생성된 압축공기를 선저부로 공급하는 압축공기 공급라인(30)과, ALS 압축기(10)에서 생성된 압축공기를 선저부 표면에 분사하기 위한 복수의 공기 챔버(50)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공기 윤활 시스템이 적용된 선박은, ALS 압축기(10)를 구동하여 압축공기를 생성할 수 있으며, 선박의 운항 시 압축공기 공급라인(30)을 통해 선저부에 마련된 복수의 공기 챔버(50)로 압축공기를 공급함으로써, 선저부 표면에 형성되는 공기층을 통해 선체(H)의 마찰 저항을 감소시킬 수 있다.
본 실시예에서, 복수의 공기 챔버(50) 각각에는 선박의 선저부 표면에 공기를 분사하기 위한 복수의 공기 분사구(미도시)가 형성될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 ALS 압축기(10)는, 한 쌍으로 마련되어 선체(H)의 좌현측(Port side) 및 우현측(Starboard side)에 배치된 복수의 공기 챔버(50) 각각에 압축공기를 공급할 수 있도록 구성되는 것이 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, ALS 압축기(10)의 개수 및 설치구조는 선박의 크기, 즉 선체 내부공간이나 요구되는 운항속도, 또는 ALS 압축기(10)의 용량이나 성능 등을 고려하여 다양하게 적용될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 압축공기 공급라인(30) 상에는 제1 밸브(31)와 냉각기(Cooler)(33)가 설치될 수 있다.
제1 밸브(31)는 선박의 운항 시 ALS 압축기(10)에서 생성되는 압축공기를 선저부로 공급하도록 제어하는 역할을 할 수 있으며, 냉각기(33)는 선저부로 공급되는 압축공기를 냉각시키는 역할을 수행할 수 있다.
여기에서, 제1 밸브(31)는 압축공기 공급라인(30) 상에서 ALS 압축기(10)와 냉각기(33)의 사이에 설치되는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공기 윤활 시스템이 적용된 선박은, 도 1에 도시된 바와 같이, 압축공기 공급라인(30)에 병렬로 연결되는 복수의 보조 공급라인(70)과, 복수의 보조 공급라인(70) 각각에서 복수의 공기 챔버(50)와 병렬로 연결되는 복수의 챔버 연결라인(90)을 더 포함할 수 있다.
복수의 공기 챔버(50)는, 복수의 보조 공급라인(70) 각가에 병렬로 연결되어 하나 이상의 그룹을 형성할 수 있으며, 복수의 보조 공급라인(70) 각각에는 제2 밸브(71) 및 유량계(73)가 설치될 수 있다.
제2 밸브(71)는, 보조 공급라인(70)에서 챔버 연결라인(90)으로 공급되는 유량을 제어하기 위한 것으로, 보조 공급라인(70) 상에서 유량계(73)의 하류측에 설치될 수 있다.
또한, 복수의 챔버 연결라인(90) 각각에는, 복수의 보조 공급라인(70)과 유사하게, 제3 밸브(91) 및 유량계(미부호)가 설치될 수 있다.
본 실시예의 공기 윤활 시스템은, 도면에 도시되진 않았으나, 압축공기 공급라인(30)에서 분기되어 복수의 공기 챔버(50)로 공급되는 압축공기를 선외로 배출하기 위한 선외 배출라인(35)을 더 포함할 수 있으며, 선외 배출라인(35) 상에는 선박이 정박 중이거나 선회 시 ALS 압축기(10)에서 생성된 압축공기를 선체(H)의 외부로 배출하도록 제어하는 블로우 오프 밸브(Blow-off valve)(미부호)가 추가로 설치될 수 있다.
여기에서, 선외 배출라인(35)은, 복수의 공기 챔버(50)의 상류측에 설치될 수 있으며, 바람직하게는, 압축공기기 공급라인(30) 상에서 냉각기(33)의 하류측에 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공기 윤활 시스템이 적용된 선박은, ALS 압축기(10)fmf 통해 복수의 공기 챔버(50)로 압축공기를 공급할 수 있으며, 선박의 선저부 표면에 에어 버블(Air bubble)을 통한 공기층을 형성하여 선체(H)의 마찰 저항을 감소시킬 수 있는 효과를 가질 수 있다.
여기에서, 선박의 선저부 표면에 안정적인 공기층을 형성하기 위하여 ALS 압축기(10)를 지속적으로 구동하게 되면 상당량의 에너지를 소모할 수 밖에 없다.
구체적으로, 선박의 선저부 표면에 압축공기를 분사하기 위하여 ALS 압축기(10)의 구동에 많은 양의 전력을 필요로 하며 선체(H)에 작용하는 마찰 저항을 감소시켜 전력 소모량을 절감하는 공기 윤활 시스템의 효과를 일부 상쇄시킬 수 있다.
즉, 선박의 운항 시 선저부 표면에 에어 버블을 형성하고 선체(H)에 작용하는 마찰 저항을 감소시켜 절감되는 전력량만큼 대용량 압축기의 지속적인 가동으로 인해 많은 전력을 소모하게 되므로 선박의 에너지 효율이 낮아지게 된다.
본 발명은 선박의 선저부 표면에 압축공기를 공급함으로써 선박의 운항 시 발생되는 마찰 저항을 저감시키되, 해수의 흐름을 이용하여 전기 에너지를 생성하여 공기 윤활 시스템을 가동하기 위한 전력원으로 사용할 수 있는 선박의 발전장치(100)를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 해수를 이용한 발전장치(100)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 해수의 흐름을 이용하여 공기 윤활 시스템의 가동에 필요한 전기 에너지를 생성하기 위한 것으로, 내부로 해수가 유입되어 흐를 수 있도록 선체(H)의 하부에 관통 형성되는 관통배관부(110)와, 관통배관부(110) 상에 설치되어 전기 에너지를 생성하는 터빈유닛(130)을 포함할 수 있다.
관통배관부(110)는, 선박의 운항 시 해수가 유입되어 흐를 수 있는 통로를 제공하는 것으로, 선박의 형상에 따라 설치가 용이한 곳 어디라도 배치 가능할 수 있으며, 선체의 좌현(Port), 우현(Starboard), 또는 선저부(bottom) 중 적어도 어느 하나에 형성될 수 있다.
여기에서, 관통배관부(110)는 선박의 용골(Keel)과 평행하게 마련되는 것이 바람직할 수 있으나, 꼭 직선형의 배관으로 이루어질 필요는 없으며, 선형에 따라 적어도 일부는 곡관 형태로 이루어질 수 있다.
또한, 관통배관부(110)의 적어도 일부는 해수면 아래에 배치될 수 있으며, 보다 상세하게는 선박의 운항(또는, 가동) 시 요구되는 흘수(Ship opertaion draught)(도 2 참조)보다 아래에 위치되는 것이 바람직할 수 있다.
본 실시예의 관통배관부(110)는, 중공의 파이프 형태를 가지며 터빈유닛(130)이 일체 형성되는 메인배관(111)과, 메인배관(111)의 전단 및 후단에 연결되어 해수가 유입 또는 배출되기 위한 개구(115)를 갖는 한 쌍의 연장배관(113)으로 이루어질 수 있다.
여기에서, 메인배관(111)과 한 쌍의 연장배관(113)은 서로 플랜지 결합될 수 있다.
구체적으로, 메인배관(111)의 길이방향 양단에는 도 1 내지 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 확장된 직경을 갖는 배관 플랜지(111a)가 형성될 수 있으며, 한 쌍의 연장배관(113)에는 배관 플랜지(111a)에 대응되어 메인배관(111)과 결합되기 위한 결합 플랜지(113a)가 각각 형성될 수 있다.
관통배관부(110)의 길이방향 양단, 즉 한 쌍의 연장배관(113)에 각각 마련된 개구(115)는, 해수가 유입되는 유입구(Inlet) 또는 해수가 배출되는 배출구(Outlet) 역할을 할 수 있으며, 해수의 흐름 방향에 따라 서로 역할이 변경될 수 있다.
본 실시예의 개구(115)는, 메인배관(110)으로부터 멀어지는 방향으로 단면적이 점차 증가되게 형성되어 고깔 방사형 구조를 가질 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 해수를 이용한 발전장치(100)는, 해수의 유입구 또는 배출구 역할을 하는 개구(115)가 고깔 방사형 구조로 마련됨으로써, 해수의 흐름으로 인한 저항이나 선체(H)의 파손을 최소화할 수 있으며, 관통배관부(110) 내부로 해수의 유입 및 배출이 용이해지는 효과를 가질 수 있다.
도 4를 참조하면, 개구(115)는 좌우 또는 상하방향 대칭 단면 구조로 마련되는 것이 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 실시예의 개구(115)는 선박에서 개구(115)가 설치되는 위치 또는 선박의 형상 등을 고려하여 좌우 또는 상하방향 비대칭 단면 구조로 이루어질 수도 있다.
즉, 본 실시예의 개구(115)는, 단면이 원형이나 타원형 등으로 이루어질 수도 있으나, 개구(115)의 형태는 특별히 한정되지 않으며 관통배관부(110) 내부로 해수의 유입이 용이하고 그로 인한 선체(H)의 파손을 최소화할 수 있다면 다양한 형태로 마련될 수 있다.
터빈유닛(130)은, 해수의 흐름을 이용하여 전기 에너지를 생성하기 위한 것으로, 관통배관부(110) 내부로 흐르는 해수의 흐름을 회전운동이나 왕복운동으로 변환시켜 전기 에너지를 생성할 수 있다.
본 실시예의 터빈유닛(130)은, 해수 흐름 방향에 관계없이 자가 발전이 가능하고 역추진이나 정박 시에도 조류를 이용한 발전이 가능할 수 있는 수직축형 터빈(Vertical axial type turbine)일 수 있다.
구체적으로, 터빈유닛(130)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 메인배관(111)의 길이방향에 수직되게 설치되는 수직축(Vertical axis)(131)을 포함할 수 있으며, 수직축(131)은, 에너지 생성효율(또는, 에너지 포집효율)을 향상시킬 수 있도록 하기 위하여, 해수의 흐름 방향에 따라 양방향 회전 가능하게 구비되는 것이 바람직할 수 있다.
즉, 본 실시예의 터빈유닛(130)은, 수직축(131)과 해수의 흐름 방향이 수직을 이루어 관통배관부(110) 내부로 유입되어 흐르는 해수의 흐름 방향에 관계없이 발전이 가능하며, 상대적으로 낮은 유속에서도 운용이 가능한 효과를 가질 수 있다.
한편, 터빈유닛(130)은, 메인배관(111)의 내부에서 해수의 흐름에 의해 회전되며 수직축(131)으로 회전력을 전달하는 터빈 블레이드(Turbine blade)(133)와, 수직축(131)과 연결되어 터빈 블레이드(133)의 회전에 의해 전기 에너지를 생성하는 발전기(Generator)(135)를 더 포함할 수 있다.
터빈 블레이드(133)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 다리우스(Darrieus)(도 6의 (a) 내지 (c) 참조), 고를로프(Gorlov)(도 6의 (d) 참조), 또는 사보니우스(Savonius)(도 6의 (e) 참조) 등 공지된 다양한 형태로 이루어질 수 있으며, 선박의 운항 시뿐만 아니라 역추진이나 정박 시 조류에 의해서도 발전이 가능할 수 있는 가장 효율적인 형상으로 선택 적용될 수 있다.
발전기(135)는, 관통배관부(110)의 내부에 마련된 터빈 블레이드(133)의 회전에 의해 전기 에너지를 생성할 수 있으며, 발전기(135)에서 생성된 전기 에너지는 공기 윤활 시스템을 가동하기 위한 전력원(Power source)으로 사용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 종래에는 압축기를 구동하는데 많은 양의 전력을 소모하게 되어 완벽한 에너지 절감(Energy saving) 효과를 기대하기 어려웠으나, 본 실시예에서는 선박의 운항 시 자연 발생하는 해수의 흐름을 통해 전기 에너지를 생성하여 ALS 압축기(10)를 가동하기 위한 전력원으로 사용함으로써, 선박의 운항 시 자가 발전하여 공기 윤활 시스템의 효용성을 높일 수 있다.
즉, 본 실시예의 발전장치(100)는, 선박의 운항 중 가동되는 ALS 압축기(10)의 전력원으로써 터빈유닛(130)에서 생성된 전기 에너지를 사용함으로써, 공기 윤활 시스템을 위한 별도의 전력 공급이 필요치 않게 되므로 선박의 운용비용 측면에서 유리한 효과를 가질 수 있다.
또한, 공기 윤활 시스템은 선박의 운항 중에만 필요로 하는 시스템이고, 본 실시예의 발전장치(100)는 선박의 운항 시 최대 발전을 기대할 수 있게 되므로, 공기 윤활 시스템과 발전장치(100)의 상호작용으로 인한 에너지 절감효율을 높일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 발전기(135)에서 생성된 전기 에너지는 공기 윤활 시스템의 ALS 압축기(10)의 직접적으로 전력원으로 사용할 수 있으나, 선체(H)에 마련된 배터리(미도시)를 거쳐 전원 공급이 가능하도록 구성하여 안정적인 전원 공급을 유지하도록 하는 것이 바람직할 수 있다.
다시 도 1 내지 도 2를 참조하면, 관통배관부(110)의 길이방향 양단에는 해수의 이물질을 여과하는 메쉬타입(Mesh type)의 필터(117)가 추가 설치되어, 해수 이물질로 인한 터빈유닛(130)의 손상을 미연에 방지할 수 있다.
한편, 이러한 메쉬타입의 필터(117)는, 시간이 지남에 따라 표면에 이물질이 부착되어 여과효율이 저하될 수 있으므로, 주기적으로 청소해 줄 필요가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 해수를 이용한 발전장치(100)는, 관통배관부(110) 내부로 압축공기를 공급하여 필터(117)의 이물질을 제거하기 위한 백워싱라인(150)을 더 포함할 수 있다.
백워싱라인(150)은, 백워싱(Backwashing) 작업, 즉 관통배관부(110)의 내부로 유입되는 해수의 반대방향으로 압축공기를 분사하여 필터(117)에 끼인 이물질을 제거하는 역할을 수행할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 백워싱라인(150)으로 압축공기를 공급하기 위하여 별도의 컴프레서가 구비되는 것이 고려될 수 있으나, 본 실시예의 선박에는 압축공기를 이용하여 선체(H)의 마찰 저항을 저감시키기 위한 공기 윤활 시스템이 적용되어 있으므로, 공기 윤활 시스템의 압축공기를 생성하는 ALS 압축기(10)로부터 백워싱라인(150)으로 압축공기를 공급하도록 구성하여 선체(H) 내부에 추가 설치되는 장비를 최소화하고자 한다.
다시 말해, 본 실시예의 백워싱라인(150)은, ALS 압축기(10)와 연결되어 선체(H)의 선저부 표면에 압축공기를 공급하기 위한 압축공기 공급라인(30)으로부터 분기되는 것이 바람직할 수 있다.
백워싱라인(150)은, 압축공기 공급라인(30), 보다 상세하게는 냉각기(33)의 하류측에서 분기되어, ALS 압축기(10)에서 생성된 압축공기를 연장배관(113)의 내부로 공급할 수 있도록 구성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 한 쌍의 연장배관(113) 각각에는 메인배관(111) 내부로 해수의 유입을 차단(또는, 제어)하기 위한 개폐밸브(Isolation valve)(119)가 설치될 수 있으며, 압축공기 공급라인(30)으로부터 분기되는 백워싱라인(150)은 메인배관(110)의 전단 및 후단에 연결된 한 쌍의 연장배관(113) 각각에 연결될 수 있다.
여기에서, 백워싱라인(150)은, 한 쌍의 연장배관(113)에 각각 연결되되, 필터(117)와 개폐밸브(119)의 사이에 배치될 수 있으며, 메인배관(111)에 근접되게 위치될 수 있다.
즉, 공기 윤활 시스템의 압축공기 공급라인(30)으로부터 분기되는 백워싱라인(150)을 통해, 필터(117)에 끼어있는 이물질 제거를 위한 백워싱 작업이 가능해질 수 있으며, 백워싱 작업 시 개폐밸브(119)를 조작하여 메인배관(111) 내부로 압축공기 또는 해수가 유입되는 것을 차단함으로써, 터빈유닛(130)의 손상을 방지할 수 있는 효과를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 해수를 이용한 발전장치(100)는, 터빈유닛(130)과 일체 형성되는 메인배관(111)은 한 쌍의 연장배관(113)과 플랜지 결합시키고, 한 쌍의 연장배관(113) 각각에 개폐밸브(119)를 마련함으로써, 터빈유닛(130)의 고장이나 파손, 또는 점검 시 드라이도크(Drydock)가 아닌 선체(H) 내부, 보다 상세하게는 선박의 기계실(Machinery room)(미도시) 내에서 유지보수(maintenance)가 가능해지는 효과를 가질 수 있다.
즉, 본 실시예의 발전장치(100)는, 터빈유닛(130)의 효율이 떨어질 경우, 선박의 운항 시에도 터빈유닛(130)의 유지보수 점검 및 관리가 가능해짐에 따라 선박의 OPEX(Operating Expenditure) 절감 측면에서도 유리해질 수 있다.
본 실시예에 있어서, 백워싱라인(150) 상에는 선박의 고속 운항이나 기타 필요에 따라 백워싱라인(150)을 차단하여 복수의 공기 챔버(50)로 충분한 압축공기의 공급이 가능할 수 있도록 조절하기 위한 조절밸브(Control valve)(151)가 설치될 수 있다.
여기에서, 조절밸브(151)는 압축공기 공급라인(30)으로부터 백워싱라인(150)이 분기되는 지점에 근접되게 위치되는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공기 윤활 시스템이 적용된 선박은 해수의 흐름을 이용하여 전기 에너지를 생성하는 터빈유닛을 포함하고 상기 터빈유닛에서 생성된 전기 에너지를 공기 윤활 시스템의 전력원으로 사용함으로써 선박의 운용비용 측면에서 유리한 효과를 가질 수 있다.
또한, 터빈유닛이 설치된 관통배관부의 양단 개구는 단면적이 점차 증가되는 고깔 방사형 구조로 마련됨으로써, 해수의 흐름으로 인한 저항이나 선체의 파손을 최소화할 수 있으며, 관통배관부 내부로 해수의 유입 및 배출이 용이해지는 효과를 가질 수 있다.
또한, 관통배관부의 양단에 메쉬타입의 필터를 설치하여 해수의 이물질이 터빈유닛 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 공기 윤활 시스템의 압축공기 공급라인으로부터 분기되는 백워싱라인을 마련하여 필터에 끼어있는 이물질 제거를 위한 백워싱(backwashing) 작업이 가능해질 수 있다.
또한, 연장배관의 각각에 개폐밸브를 설치하여 필터 백워싱 작업 시 터빈유닛의 손상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 기계실(Machinery room) 내부에서 터빈유닛의 유지보수가 가능해지는 효과를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공기 윤활 시스템이 적용된 선박은, LNGC(LNG Carrier) 및 LNG RV(LNG Regasification Vessel)를 포함하는 선박, LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)를 포함하는 특수선박 중 어느 하나일 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 발전장치
110: 관통배관부
111: 메인배관
113: 연장배관
115: 개구
117: 필터
119: 개폐밸브(Isolation valve)
130: 터빈유닛
131: 수직축(Vertical axis)
133: 터빈 블레이드(Turbine blade)
135: 발전기(Genertor)
150: 백워싱라인(Backwashing line)
151: 조절밸브(Control valve)
10: ALS 압축기
30: 압축공기 공급라인
31: 제1 밸브
33: 냉각기(Cooler)
35: 선외 배출라인
50: 공기 챔버(Air chamber)
70: 보조 공급라인
71: 제2 밸브
73: 유량계(Flowmeter)
90: 챔버 연결라인
91: 제3 밸브
H: 선체(Hull)

Claims (12)

  1. 선박의 해수를 이용한 발전장치로서,
    내부로 해수가 유입되어 흐를 수 있도록 선체의 하부에 관통 형성되는 관통배관부; 및
    상기 관통배관부 상에 설치되어 전기 에너지를 생성하는 터빈유닛을 포함하고,
    상기 터빈유닛은, 상기 관통배관부로 유입되는 해수의 흐름 방향에 관계없이 발전이 가능하기 위하여, 상기 관통배관부의 길이방향에 수직되게 설치되어 양방향 회전되는 수직축을 포함하는 선박의 해수를 이용한 발전장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 관통배관부의 적어도 일부는 해수면 아래에 배치되는 선박의 해수를 이용한 발전장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 관통배관부는 상기 선체의 좌현, 우현, 또는 선저부 중 적어도 어느 하나에 형성되는 선박의 해수를 이용한 발전장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 관통배관부의 길이방향 양단에 설치되어 해수의 이물질을 여과하는 메쉬타입의 필터; 및
    상기 관통배관부 내부로 압축공기를 공급하여 상기 필터의 이물질을 제거하기 위한 백워싱라인을 더 포함하는 선박의 해수를 이용한 발전장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 백워싱라인은 상기 선체의 선저부 표면에 압축공기를 공급하기 위한 압축공기 공급라인으로부터 분기되는 선박의 해수를 이용한 발전장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 관통배관부는,
    중공의 파이프 형태를 가지며 상기 터빈유닛이 일체 형성되는 메인배관; 및
    상기 메인배관의 전단 및 후단에 연결되어 해수가 유입 또는 배출되기 위한 개구를 갖는 한 쌍의 연장배관을 포함하는 선박의 해수를 이용한 발전장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 개구는 상기 메인배관에서 멀어지는 방향으로 단면적이 점차 증가되게 형성되는 선박의 해수를 이용한 발전장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 한 쌍의 연장배관에 각각 설치되어 상기 메인배관 내부로 해수의 유입을 차단하는 개폐밸브를 더 포함하는 선박의 해수를 이용한 발전장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 백워싱라인은 상기 한 쌍의 연장배관에 각각 연결되되, 상기 필터와 상기 개폐밸브의 사이에 배치되는 선박의 해수를 이용한 발전장치.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 터빈유닛은,
    상기 메인배관의 내부에서 해수의 흐름에 의해 회전되며 상기 수직축으로 회전력을 전달하는 터빈 블레이드; 및
    상기 수직축과 연결되어 상기 터빈 블레이드의 회전에 의해 전기 에너지를 생성하는 발전기를 더 포함하는 선박의 해수를 이용한 발전장치.
  11. 선체의 마찰 저항을 감소시키기 위한 공기 윤활 시스템이 적용된 선박으로서,
    상기 선체의 내부공간에 설치되어 압축공기를 생성하는 ALS 압축기;
    상기 선체의 선저부 표면에 압축공기를 공급하기 위한 압축공기 공급라인; 및
    제 1항에 따른 해수를 이용한 발전장치를 포함하고,
    상기 ALS 압축기의 구동을 위한 전력원(Power source)으로써 상기 터빈유닛에서 생성된 전기 에너지를 이용하는 공기 윤활 시스템이 적용된 선박.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 터빈 유닛은 상기 선체의 기계실(Machinery room) 내부에서 유지보수 가능하게 구비되는 공기 윤활 시스템이 적용된 선박.
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