KR20230040780A - 선박의 추진 시스템 - Google Patents

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Abstract

선박의 추진 시스템이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 선박의 추진 시스템은 프로펠러를 갖는 추진부; 상기 추진부에 각각 동력을 제공하는 제1추진모터와 제2추진모터; 상기 제1추진모터에 전력을 공급하는 제1전력 공급부; 상기 제2추진모터에 전력을 공급하는 제2전력 공급부; 및 상기 추진부에서 필요한 추력에 따라 상기 제1,2전력 공급부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

선박의 추진 시스템 {VESSEL PROPULSION SYSTEM }
본 발명은 선박의 추진 시스템에 관한 것이다.
지금까지 컨테이너 운반선과 같은 상선, 또는 여객선에는 석유를 연료로 사용하는 추진 엔진이 주로 사용되었으나, 환경오염 규제나 유가상승 등의 영향으로 석유보다 값이 훨씬 싸면서도 청정한 에너지원인 액화연료가스, 예를 들어 LNG(또는 LPG, DME 등)를 연료로 사용하는 추진 엔진을 장착한 선박이 증가되는 추세에 있다. 또한, LNG는 여름철의 가격이 겨울철에 비해 50% 정도로 저렴하므로, 값이 싼 여름철에 LNG를 사서 저장할 수도 있어, 가격적인 면에서 매우 유리한 에너지원이 된다.
일반적으로, 선박에서 배출되는 폐기가스 중 국제 해사 기구(International Maritime Organization)의 규제를 받고 있는 것은 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx)이며, 최근에는 이산화탄소(CO2)의 배출도 규제하려 하고 있다. 특히, 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx)의 경우, 1997년 해상오염 방지협약(MARPOL; The Prevention of Marine Pollution from Ships) 의정서를 통하여 제기되고, 2005년 5월에 발효요건을 만족하여 현재 강제규정으로 이행되고 있다.
LNG(또는 LPG, DME 등)를 연료로 사용하여 추진 또는 발전 동력을 얻을 수 있는 선박용 엔진으로는 2행정 엔진과 4행정 엔진 등이 있다.
2행정 엔진은 효율이 좋지만 축 회전수를 변경하는 속도가 느리다. 따라서 선박의 운항 속도 제어는 속도 변경이 크게 요구되지 않으므로 일반적으로 2행정 엔진을 이용한다. 운항 속도의 변화가 크게 요구되는 선박은 4행정 엔진과 추진 모터만 이용하기도 한다. 그리고 전력 사용량의 변화에 따라서 부하가 크게 변경되는 발전기는 4행정 엔진에 연결되어 사용된다.
도 1은 종래 선박의 추진 시스템의 일 예를 설명하는 구성도이다.
도 1을 참조하면, 종래 선박의 추진 시스템은 엔진 룸 안에 ME-GI와 같은 2-stroke(2행정) 엔진(2)을 구비한다. 상기 2-stroke(2행정) 엔진(2)에는 컨테이너선의 추진을 위한 프로펠러(3)가 샤프트(4)에 의해 연결된다. 상기 샤프트(4)에 연결된 샤프트 제너레이터(5)는 샤프트(4)의 회전력을 이용하여 발전을 한다.
그러나, 이와 같이 구성된 종래 선박의 발전 시스템은 2-stroke(2행정) 엔진(2)의 효율이 높은 장점을 이용하여 프로펠러를 회전하는 샤프트(4)에 샤프트 제너레이터(5)를 장착하여 전력을 생산하고 있다.
그런데, 2-stroke 엔진은 축 회전수 변경이 4-stroke 엔진에 비해 느려서 전력 생산 조절이 자유롭지 못하다는 문제점이 있다.
본 발명은 2행정 엔진과 4행정 엔진을 효율적으로 활용할 수 있는 선박의 추진 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 효율적인 전력 사용이 가능한 선박의 추진 시스템을 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, 프로펠러를 갖는 추진부; 상기 추진부에 각각 동력을 제공하는 제1추진모터와 제2추진모터; 상기 제1추진모터에 전력을 공급하는 제1전력 공급부; 상기 제2추진모터에 전력을 공급하는 제2전력 공급부; 및 상기 추진부에서 필요한 추력에 따라 상기 제1,2전력 공급부를 제어하는 제어부를 포함하는 선박의 추진 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1전력 공급부는 메인 엔진; 및 상기 메인 엔진에서 공급되는 동력을 이용하여 전력을 생산하고, 상기 제1추진 모터에 전력을 공급하는 제1축 발전기를 포함하고, 상기 제2전력 공급부는 보조 엔진; 및 상기 보조 엔진에서 공급되는 동력을 이용하여 전력을 생산하고, 상기 제2추진 모터에 전력을 공급하는 제1축 발전기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 메인 엔진은 2행정 엔진으로 제공되고, 상기 보조 엔진은 4행정 엔진으로 제공될 수 있다.
또한, 상기 추진부는 프로펠러; 상기 프로펠러에 연결되는 샤프트; 및 상기 샤프트에 설치되고 상기 제1추진모터와 상기 제2추진모터의 동력을 상기 샤프트에 제공하는 기어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 추진부의 추진 증가 및 선박에서의 필요 전력량 증가시 상기 제2전력 공급부를 가동시킬 수 있다.
또한, 상기 제1축 발전기에서 생산된 여분의 전력을 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 제2행정 엔진으로 제공되는 메인 엔진; 상기 메인 엔진에서 공급되는 동력을 이용하여 전력을 생산하는 제1축발전기; 제4행정 엔진으로 제공되는 보조 엔진; 상기 보조 엔진에서 공급되는 동력을 이용하여 전력을 생산하는 제2축발전기; 상기 제1축 발전기에서 생산된 전력을 공급받아 동력을 발생시키는 제1추진모터; 상기 제2축 발전기에서 생산된 전력을 공급받아 동력을 발생시키는 제2추진모터; 프로펠러의 샤프트에 연결되고 상기 제1추진모터와 상기 제2추진모터의 동력을 상기 샤프트에 전달하는 감속 기어; 및 선박의 운항 속도 증가 및 필요 전력량에 따라 상기 보조 엔진의 가동을 제어하는 제어부를 포함하는 선박의 추진 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 2행정 엔진과 4행정 엔진을 효율적으로 활용하여 에어니 사용 효율을 향상시킬 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 종래 선박의 추진 시스템의 일 예를 설명하는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 선박의 선미부를 보여주는 평면 구성도이다.
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 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 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 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 선박(10)은 선체(100)와, 선체(100)의 후미에 결합되는 프로펠러(290)를 회전시켜 선체(100)를 추진시키는 동시에 선박(10) 내에 설치된 각종 전력수요처에서 필요로 하는 전력량을 충족시킬 수 있는 추진 시스템(200)을 제공한다.
본 발명에 따르면, 추진 시스템(200)은, 서로 다른 종류의 2개의 엔진을 장착하여, 선박의 추력 발생 장치에서 필요로 하는 전력량을 충족시키는 동시에 선박 내에 설치된 각종 전력수요처에서 필요로 하는 전력을 저장 및 사용할 수 있다. 본 명세서에서 "서로 다른 종류의 엔진"이라는 표현은, 엔진의 외형이나 구조가 다른 엔진을 의미하는 것으로, 출력이 좋은 2행정 기관 엔진과, 출력은 2행정 기관 엔진에 비해 좋지 않으나 부하(load) 제어가 용이한 4행정 엔진을 의미한다.
일 예로, 추진 시스템(200)은 추진부(210), 제1추진모터(220), 제2추진모터(230), 제1전력 공급부(240), 제2전력 공급부(250) 그리고 제어부(260)를 포함할 수 있다.
추진부(210)는 프로펠러(212)와 샤프트(214) 그리고 기어부(216)를 포함할 수 있다. 기어부(216)는 제1추진모터(220)와 제2추진모터(230)의 동력을 제공받아 샤프트(214)에 제공한다. 일 예로, 기어부(216)는 감속 기어를 포함할 수 있다.
제1추진모터(220)와 제2추진모터(230)는 추진부(210)에 각각 동력을 제공한다. 제1추진모터(220)는 제1전력 공급부(240)로부터 전력을 제공받는다. 제2추진모터(230)는 제2전력 공급부(250)로부터 전력을 제공받는다.
제1전력 공급부(240)는 메인 엔진(242)과 제1축 발전기(244)를 포함할 수 있다. 메인 엔진(242)은 제1축발전기(244)와 직결되어 동력을 직접 전달하도록 구성될 수 있다. 메인 엔진(242)은 선체(100)의 엔진룸에 설치될 수 있다. 메인 엔진(242)은 연료를 연소시켜 동력을 얻을 수 있는 내연기관을 의미하며, 2-stroke 엔진일 수 있다. 2-stroke 엔진은 디젤 엔진 등과 같이 오일을 연료로 할 수도 있으며, LNG와 같은 액화가스를 기화시켜 가스 연료로 공급받을 수 있다.
제1축 발전기(SGM;Shaft Generator Motor)(244)는 메인 엔진(242)의 동력을 제공받아 전력을 생산할 수 있다. 제1축 발전기(244)는 샤프트(243)의 회전을 저지하여 샤프트(243)에 부하가 발생되고, 샤프트(243)에 발생된 부하는 제1축 발전기(244)로 전달되어, 제1축 발전기(244)가 샤프트(243)의 부하에 의해 전력을 생산하게 된다. 제1축 발전기(244)에서 발생된 전력은 제1추진모터(220)로 제공될 수 있다. 한편, 제1축 발전기(244)에서 발생된 전력중 제1추진모터(220)로 제공되고 남은 여분의 전력은 BUS(미도시됨)를 통해 선박 내의 각종 전력수요처에 공급되거나, 충전용 전력으로 변환시키는 컨버터(미도시됨)를 거쳐 배터리(248)에 직접 저장될 수 있다.
제2전력 공급부(250)는 보조 엔진(252)과 제2축 발전기(254)를 포함할 수 있다. 보조 엔진(252)은 제2축 발전기(254)와 직결되어 동력을 직접 전달하도록 구성될 수 있다. 보조 엔진(252)은 선체(100)의 엔진룸에 설치될 수 있다. 보조 엔진(252)은 연료를 연소시켜 동력을 얻을 수 있는 내연기관을 의미하며, 4-stroke 엔진일 수 있다. 4-stroke 엔진은 디젤 엔진 등과 같이 오일을 연료로 할 수도 있으며, LNG와 같은 액화가스를 기화시켜 가스 연료로 공급받을 수 있다.
제2축 발전기(SGM;Shaft Generator Motor)(254)는 보조 엔진(252)의 동력을 제공받아 전력을 생산할 수 있다. 제2축 발전기(254)는 샤프트(253)의 회전을 저지하여 샤프트(253)에 부하가 발생되고, 샤프트(253)에 발생된 부하는 제2축 발전기(254)로 전달되어, 제2축 발전기(254)가 샤프트(253)의 부하에 의해 전력을 생산하게 된다. 제2축 발전기(254)에서 발생된 전력은 제2추진모터(230)로 제공될 수 있다. 제2전력 공급부(250)는 추진부(210)의 추진 증가 및 선박에서의 필요 전력량 증가시 가동될 수 있다.
제어부(260)는 추진부(210)에서 필요한 추력에 따라 제1,2전력 공급부(240,250)를 제어할 수 있다. 일 예로, 제어부(260)는 추진부(210)의 추진 증가 및 선박에서의 필요 전력량 증가시 제2전력 공급부(250)를 가동시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 추진 시스템(200)은 메인 엔진과 보조 엔진 모두 프로펠러를 직접 회전시키지 않고 전력만 생산하며, 이렇게 생산된 전력은 각각의 추진모터(220,230)를 작동시키고, 기어부(216)를 통해 프로펠러(212)를 회전시킵니다. 여기서, 제1전력 공급부(240)는 기본 전력을 생산하며 이를 프로펠러 회전을 위한 제1추진모터(220)의 전력으로 사용합니다. 그리고 선박에 필요한 전력량이 낮은 경우에는 제1전력 공급부(240)의 제1축 발전기(244)에서 생산한 전력은 배터리(246)에 저장됩니다. 그리고 소요 전력이 증가하는 경우 제2전력 공급부(250)를 가동시켜 부족한 전력을 생산하게 됩니다.
본 발명에 따르면, 추진 시스템(200)은, 서로 다른 종류의 2개의 엔진을 장착하여, 선박의 추력 발생 장치에서 필요로 하는 전력량을 충족시키는 동시에 선박 내에 설치된 각종 전력수요처에서 필요로 하는 전력을 저장 및 사용할 수 있다. 본 명세서에서 "서로 다른 종류의 엔진"이라는 표현은, 엔진의 외형이나 구조가 다른 엔진을 의미하는 것으로, 출력이 좋은 2행정 기관 엔진과, 출력은 2행정 기관 엔진에 비해 좋지 않으나 부하(load) 제어가 용이한 4행정 엔진을 의미한다.
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 210 : 추진부
220 : 제1추진모터 230 : 제2추진모터
240 : 제1전력 공급부 250 : 제2전력 공급부
260 : 제어부

Claims (7)

  1. 프로펠러를 갖는 추진부;
    상기 추진부에 각각 동력을 제공하는 제1추진모터와 제2추진모터;
    상기 제1추진모터에 전력을 공급하는 제1전력 공급부;
    상기 제2추진모터에 전력을 공급하는 제2전력 공급부; 및
    상기 추진부에서 필요한 추력에 따라 상기 제1,2전력 공급부를 제어하는 제어부를 포함하는 선박의 추진 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1전력 공급부는
    메인 엔진; 및
    상기 메인 엔진에서 공급되는 동력을 이용하여 전력을 생산하고, 상기 제1추진 모터에 전력을 공급하는 제1축 발전기를 포함하고,
    상기 제2전력 공급부는
    보조 엔진; 및
    상기 보조 엔진에서 공급되는 동력을 이용하여 전력을 생산하고, 상기 제2추진 모터에 전력을 공급하는 제1축 발전기를 포함하는 선박의 추진 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 메인 엔진은 2행정 엔진으로 제공되고,
    상기 보조 엔진은 4행정 엔진으로 제공되는 선박의 추진 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 추진부는
    프로펠러;
    상기 프로펠러에 연결되는 샤프트; 및
    상기 샤프트에 설치되고 상기 제1추진모터와 상기 제2추진모터의 동력을 상기 샤프트에 제공하는 기어부를 포함하는 선박의 추진 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 추진부의 추진 증가 및 선박에서의 필요 전력량 증가시 상기 제2전력 공급부를 가동시키는 선박의 추진 시스템.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1축 발전기에서 생산된 여분의 전력을 저장하는 저장부를 더 포함하는 선박의 추진 시스템.
  7. 제2행정 엔진으로 제공되는 메인 엔진;
    상기 메인 엔진에서 공급되는 동력을 이용하여 전력을 생산하는 제1축발전기
    제4행정 엔진으로 제공되는 보조 엔진;
    상기 보조 엔진에서 공급되는 동력을 이용하여 전력을 생산하는 제2축발전기;
    상기 제1축 발전기에서 생산된 전력을 공급받아 동력을 발생시키는 제1추진모터;
    상기 제2축 발전기에서 생산된 전력을 공급받아 동력을 발생시키는 제2추진모터;
    프로펠러의 샤프트에 연결되고 상기 제1추진모터와 상기 제2추진모터의 동력을 상기 샤프트에 전달하는 감속 기어; 및
    선박의 운항 속도 증가 및 필요 전력량에 따라 상기 보조 엔진의 가동을 제어하는 제어부를 포함하는 선박의 추진 시스템.
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