WO2023128402A1 - 선박 냉각시스템의 냉각수 순환 펌프 운용 최적화 방법 - Google Patents

선박 냉각시스템의 냉각수 순환 펌프 운용 최적화 방법 Download PDF

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WO2023128402A1
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cooling water
temperature
pump
water circulation
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PCT/KR2022/020298
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원준희
서대덕
이종혁
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주식회사 일렉트린
토모이케 인더스트리얼 컴퍼니 리미티드
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    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating

Definitions

  • the present invention relates to a cooling system for an electric propulsion ship, and more particularly, to a method for optimizing operation of a cooling water circulation pump in a ship cooling system capable of minimizing power consumption of a pump by subdividing a pump driving step for cooling water circulation.
  • An example of such a ship is an electric propulsion ship, and the electric propulsion ship uses a power conversion/control module to operate a core propulsion body of electric transportation used as a main power source.
  • the power conversion/control module includes an inverter and a motor.
  • the power conversion/control module is operated together with the cooling system.
  • the cooling system includes a cooling water circulation pump, a heat exchanger, and a cooling water circulation line, and operates as a controller (eg, an inverter controller).
  • a controller eg, an inverter controller
  • the controller eg, inverter controller
  • the controller checks the overheating of the inverter or motor with the detection signal of the temperature sensor, and drives the cooling water circulating pump for a specific time when the inverter or motor overheats above a certain temperature so that the coolant passes through the heat exchanger and returns to the motor. cycle the inverter.
  • the power conversion/control module prevents overheating of the inverter or motor by driving the cooling system by a controller (eg, an inverter controller).
  • a controller eg, an inverter controller
  • the cooling system has a problem in that the pump control method of the controller (eg, inverter controller) is not subdivided, resulting in high power consumption due to driving of the cooling water circulation pump.
  • the controller eg, inverter controller
  • the large power consumption according to the operation of the cooling system is due to the relatively large energy consumption of the cooling water circulation pump.
  • the present invention can minimize the power consumption of the pump according to the cooling water circulation by driving the pump in detailed steps, and in particular, by dividing the detailed steps of pump driving based on the inverter temperature, to obtain a cooling performance effect.
  • the purpose of this study is to provide a method for optimizing the operation of a cooling water circulation pump for a ship cooling system in which the pump operation time is also optimized.
  • a method for optimizing the operation of a cooling water circulation pump includes determining the operation of a cooling water circulation pump that circulates cooling water to an inverter as an inverter temperature threshold of a pump controller, and overheating of the inverter with a variable pump duty. It is characterized in that a pump load variable control step of varying the duty output according to the temperature and variably pumping the cooling water flow rate by the cooling water circulation pump is included.
  • the inverter temperature threshold is set to 45°C.
  • the pump load variable control step includes a minimum coolant flow rate supply step of applying a first inverter overheat temperature higher than the inverter temperature threshold, and a second inverter overheat temperature higher than the first inverter overheat temperature.
  • the step of increasing the primary supply flow rate and the step of increasing the secondary supply flow rate of applying a third inverter overheat temperature higher than the second inverter overheat temperature are performed.
  • the first inverter overheat temperature is set 5° C. higher than the inverter temperature threshold value, and the coolant circulation pump is driven to supply a coolant flow rate of 0-3 LPM.
  • the overheat temperature of the second inverter is set 5° C. higher than the overheat temperature of the first inverter, and the cooling water circulation pump is driven to supply a flow rate of 4-7 LPM of cooling water.
  • the overheating temperature of the third inverter is set 5° C. higher than the overheating temperature of the second inverter, and the cooling water circulation pump is driven to supply a cooling water flow rate of 8-12 LPM.
  • the inverter is warned of an overheating state.
  • the pump variable duty is not output if the inverter overheating temperature is lower than the inverter temperature threshold.
  • the ship cooling system of the present invention for achieving the above object is connected to a cooling water circulation line through which cooling water is circulated, and includes a cooling part composed of a cooling water circulation pump, a heat exchanger, a motor and an inverter; and a pump controller that applies a pump variable duty output differently for each inverter temperature at an inverter temperature higher than the inverter temperature threshold and drives the cooling water circulation pump with a duty difference to supply different cooling water flow rates to the inverter. do.
  • the heat exchanger connects the cooling water circulation line with the seawater circulation line, and generates heat exchange between the cooling water of the cooling water circulation line and the seawater of the seawater circulation line.
  • the inverter includes a temperature sensor, and the temperature sensor detects the inverter temperature of the inverter and transmits it to the pump controller.
  • the cooling water circulation pump operation optimization method applied to the ship cooling system of the present invention implements the following actions and effects.
  • power consumption can be reduced relative to inverter cooling when the cooling water circulation pump applied to the cooling system of an electric propulsion ship is driven.
  • pump power consumption can be minimized by controlling the driving of the cooling water circulation pump in subdivided pump driving stages.
  • pump operation time can be optimized to obtain the effect of cooling performance by dividing detailed pump driving steps based on the inverter temperature.
  • the power conversion/control module in the electric propulsion ship can be operated more efficiently.
  • FIG. 1 is a flow chart of a cooling water circulation pump operation optimization method applied to a ship cooling system according to the present invention
  • FIG. 2 is a cooling water circulation state in the ship cooling system configuration according to the present invention.
  • the method for optimizing the operation of the cooling water circulation pump is applied to the ship cooling system, and the cooling water flow rate is variably supplied according to the inverter overheating temperature through variable pump load control (S40), thereby maintaining the inverter cooling effect and pumping power. Consumption can be minimized.
  • S40 variable pump load control
  • the ship cooling system 1 cools the motor 50 and the inverter 60 constituting the power conversion/control module, and for this purpose, a cooling water circulation pump 10, a heat exchanger 20, It consists of a cooling water circulation line 30, a seawater circulation line 40, a temperature sensor 70 and a pump controller 100.
  • the cooling water circulation pump 10, the heat exchanger 20, the motor 50, and the inverter 60 are cooling parts connected to the cooling water circulation line 30 through which the cooling water is circulated.
  • the cooling water circulation pump 10 circulates the cooling water
  • the heat exchanger 20 has a structure that divides its internal space into a cooling water area and a seawater area, and performs heat exchange with a temperature difference between the cooling water and the seawater.
  • the cooling water circulation line 30 connects the cooling water circulation pump 10, the motor 50, the inverter 60, and the heat exchanger 20 to form a cooling water circulation path
  • the seawater circulation line 40 connects the seawater circulation path. is connected to the inner space of the heat exchanger 20 so as to be formed.
  • the cooling water circulation line 30 is divided into a cooling water discharge line 30A and a cooling water return line 30B, and the cooling water discharge line 30A includes the cooling water circulation pump 10, the motor 50, and the inverter 60. and the heat exchanger 20, and the cooling water return line 30B connects the heat exchanger 20 with the cooling water circulation pump 10 and the motor 50.
  • the cooling water flow rate is filled in the motor 50 and/or the inverter 60 and circulated.
  • the temperature sensor 70 is mounted on the inverter 60 to detect the inverter temperature, and a sensor signal representing the temperature value is transmitted to the pump controller 100 .
  • the temperature sensor 70 may be any one of a negative temperature coefficient thermistor (NTC), a positive temperature coefficient thermistor (PTC), and a critical temperature resistor thermistor (CTR).
  • NTC negative temperature coefficient thermistor
  • PTC positive temperature coefficient thermistor
  • CTR critical temperature resistor thermistor
  • the pump controller 100 reads the temperature sensor signal (a) transmitted by the temperature sensor 70 and outputs a pump variable duty (b) to drive the cooling water circulation pump 10 (ie, rotation speed). It operates as a central processing unit with a memory in which the pump control logic is stored.
  • the pump controller 100 may be an electronic control unit (ECU) or an inverter controller.
  • control subject is the pump controller 100
  • control subject is the cooling water circulation pump 10.
  • the pump controller 100 reads and confirms the inverter temperature in the inverter temperature step of S10. As shown in FIG. 2, this is achieved using the temperature sensor signal (a) transmitted from the temperature sensor 70 mounted on the inverter 60.
  • the pump controller 100 performs the step of determining whether the pump is driven in S20 to S30, which is performed in the step of determining the pump driving temperature in S20 and the pump driving step in S30.
  • the pump driving temperature determination (S20) applies a pump driving temperature determination formula.
  • inverter detection temperature is the current temperature of the inverter 60 detected by the temperature sensor 70
  • K is an inverter temperature threshold applied to pump driving, and about 45°C is applied.
  • the pump controller 100 returns to the inverter temperature step of S10 after switching to the pump stop state maintenance step of S90 when the inverter detection temperature is less than 45 °C.
  • the pump stop state maintenance (S90) is a state in which the cooling water circulation pump 10 of FIG. 2 is not driven because the cooling water pump is OFF.
  • the pump controller 100 enters the pump driving step of S30 and switches the cooling water circulation pump 10 of FIG. 2 to the cooling water pump ON, and the cooling water pump ON state is the cooling water circulation pump ( 10) is driven according to the pump load variable control step of S40.
  • the pump controller 100 implements the pump load variable control (S40) through the minimum coolant flow rate supply step of S50, the first supply flow rate increase step S60, and the secondary supply flow rate increase step S70.
  • the pump controller 100 applies the inverter temperature threshold (K) (S20) to the inverter rising temperature, and the inverter elevated temperature is the first inverter overheat temperature A applied to the minimum cooling water flow rate supply (S50), the primary supply It is divided into a second inverter overheat temperature B applied to the increase in flow rate (S60) and a third inverter overheat temperature C applied to the increase in the secondary supply flow rate (S70).
  • K inverter temperature threshold
  • S20 the inverter elevated temperature
  • the inverter elevated temperature is the first inverter overheat temperature A applied to the minimum cooling water flow rate supply (S50), the primary supply It is divided into a second inverter overheat temperature B applied to the increase in flow rate (S60) and a third inverter overheat temperature C applied to the increase in the secondary supply flow rate (S70).
  • a temperature interval of about 5°C is applied by applying the first inverter overheat temperature A of about 50°C, the second inverter overheat temperature B of about 55°C, and the third inverter overheat temperature C of about 60°C.
  • the minimum cooling water flow rate supply (S50) is performed at the minimum pumping flow rate of S52 at less than the first inverter overheating temperature A of S51, and the primary supply flow rate increase (S60) is performed at less than the second inverter overheating temperature B of S61. It is performed by increasing the primary pumping flow rate of S62, and the secondary supply flow rate increase (S70) is performed by increasing the secondary pumping flow rate of S72 below the second inverter overheat temperature C of S71.
  • the minimum pumping flow rate (S52) pumps the cooling water flow rate at 0-3 LPM (Liter Per Minute) from the cooling water circulation pump 10 and supplies it to the inverter 60, which is 4 -7LPM, increased to 8-12LPM in the secondary pumping flow rate increase (S72).
  • the pump controller 100 outputs pump variable duty for minimum cooling water flow rate supply (S50 to S52), primary supply flow rate increase (S60 to S62), and secondary supply flow rate increase (S70 to S72). (b) increases.
  • the high-temperature cooling water of about 50 ° C. is pumped at 0-3 LPM by the cooling water circulation pump 10 to the motor 50 and the inverter 60 through the cooling water discharge line 30A. ) and enters the heat exchanger 20, and the high-temperature cooling water is converted into low-temperature cooling water by heat exchange with low-temperature seawater supplied from the seawater circulation line 40 in the inner space of the heat exchanger 20, and then the cooling water return line ( 30B) and is sucked into the cooling water circulation pump 10.
  • the high-temperature cooling water at about 55 ° C. coolant circulation pump 10 and the heat exchanger 20 through the cooling water discharge / return lines 30A and 30B at a cooling water flow rate of 4-7 LPM.
  • the motor 50 and the inverter 60 are circulated, and the high-temperature cooling water at about 60 ° C. in the secondary supply flow rate increase (S70 to S72) flows through the cooling water discharge / return lines 30A and 30B at a cooling water flow rate of 8-12 LPM. cycle
  • the cooling water circulation pump 10 is operated to maintain the inverter cooling effect while minimizing pump power consumption so that the drive for cooling water circulation to the inverter 60 can supply a variable cooling water flow rate tailored to the inverter overheating temperature. It can be.
  • the pump controller 100 switches to the cooling system warning step of S80 and stops controlling the cooling water circulation pump when the second inverter overheat temperature C or higher of S72 is reached in the secondary supply flow rate increase (S70).
  • the cooling system warning (S80) may be made of a flashing light or a buzzer.
  • the method for optimizing operation of the cooling water circulation pump applied to the ship cooling system 1 provides a pump variable duty output (b) of the pump controller 100 at an inverter temperature higher than the inverter temperature threshold.
  • the cooling water circulation pump 10 is applied differently for each inverter temperature, and the cooling water circulation pump 10 is driven with a duty difference to supply a different cooling water flow rate to the inverter 60, thereby controlling the operation of the cooling water circulation pump 10 in detail to reduce pump power consumption. It can be minimized, and in particular, the pump operation time to obtain the effect of cooling performance is also optimized by classifying the detailed stages of pump operation based on the inverter temperature.

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Abstract

본 발명의 선박 냉각시스템(1)에 적용된 냉각수 순환 펌프 운용 최적화 방법 은 인버터 온도 임계값(Threshold) 보다 높은 인버터 온도에서 펌프 제어기(100)의 펌프 가변 듀티 출력(b)이 인버터 온도별로 다르게 적용하고, 듀티 차이로 냉각수 순환 펌프(10)를 구동하여 인버터(60)에 대한 냉각수 유량을 다르게 공급함으로써 냉각수 순환 펌프(10)의 구동을 세부 단계로 제어하여 펌프 전력 소모량을 최소화 할 수 있고, 특히 펌프 구동의 세부 단계를 인버터 온도 기반으로 구분함으로써 냉 각 성능 효과를 얻기 위한 펌프 가동시간도 최적화되는 특징이 구현된다.

Description

선박 냉각시스템의 냉각수 순환 펌프 운용 최적화 방법
본 발명은 전기추진 선박용 냉각시스템에 관한 것으로, 특히 냉각수 순환을 위한 펌프 구동 단계를 세분화 하여 펌프의 전력 소모량을 최소화할 수 있는 선박 냉각시스템의 냉각수 순환 펌프 운용 최적화 방법에 관한 것이다.
일반적으로 선박의 경우 활동영역이 바다이기 때문에 외부 육지에서 전원을 직접 공급받지 못한다. 이에 선박은 그 내부에 설치된 발전기를 이용해 자체적으로 전원을 생산하여 사용한다. 이 때, 선박에 설치된 발전기는 선박의 동력 수단에 사용되는 연료를 소비하면서 전원을 생산한다.
이러한 선박으로 전기추진 선박을 예로 들 수 있고, 상기 전기추진 선박은 주 동력원으로 사용하는 Electric Transportation의 핵심 추진체 운용에 전력변환/제어모듈을 사용한다. 이 경우 상기 전력변환/제어모듈은 인버터와 모터를 포함한다.
그러므로 상기 전력변환/제어모듈은 냉각시스템과 함께 운영된다.
일례로 상기 냉각시스템은 냉각수 순환 펌프, 열교환기, 냉각수 순환 라인을 포함하고, 제어기(예, 인버터 제어기)로 동작된다.
즉, 상기 제어기(예, 인버터 제어기)는 온도 센서의 검출 신호로 인버터 또는 모터의 과열을 확인하고, 특정한 온도 이상의 인버터 또는 모터 과열 시 냉각수 순환 펌프를 특정시간 동안 구동함으로써 냉각수가 열교환기를 거쳐 모터와 인버터를 순환하도록 한다.
그러므로 상기 전력변환/제어모듈은 제어기(예, 인버터 제어기)에 의한 냉각시스템 구동으로 인버터 또는 모터의 과열을 방지하여 준다.
하지만, 상기 냉각시스템은 제어기(예, 인버터 제어기)의 펌프 제어 방식이 세분화되지 못함으로써 냉각수 순환 펌프의 구동에 따른 전력소모가 크다는 문제를 가지고 있다.
이러한 냉각시스템 운영에 따른 큰 전력소모는 냉각수 순환 펌프의 소비에너지가 상대적으로 큼에 기인한다.
이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 펌프를 세부 단계로 구동 함으로써 냉각수 순환에 따른 펌프의 전력 소모량을 최소화할 수 있고, 특히 펌프 구동의 세부 단계를 인버터 온도 기반으로 구분함으로써 냉각 성능 효과를 얻기 위한 펌프 가동시간도 최적화되는 선박 냉각시스템에 대한 냉각수 순환 펌프 운용 최적화 방법의 제공에 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 냉각수 순환 펌프 운용 최적화 방법은 인버터로 냉각수를 순환시켜 주는 냉각수 순환 펌프의 구동이 펌프 제어기의 인버터 온도 임계값으로 판단되는 단계, 및 펌프 가변 듀티로 인버터 과열 온도에 맞춰 듀티 출력을 다르게 하고, 상기 냉각수 순환 펌프가 냉각수 유량을 가변적으로 펌핑하는 펌프부하 가변제어 단계가 포함되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로서, 상기 인버터 온도 임계값은 45℃로 설정된다.
바람직한 실시예로서, 상기 펌프부하 가변제어 단계는 상기 인버터 온도 임계값 보다 높은 제1 인버터 과열 온도를 적용하는 냉각수 유량 최소 공급 단계, 상기 제1 인버터 과열 온도보다 높은 제2 인버터 과열 온도를 적용하는 1차 공급 유량 증가 단계, 및 상기 제2 인버터 과열 온도보다 높은 제3 인버터 과열 온도를 적용하는 2차 공급 유량 증가 단계로 수행된다.
바람직한 실시예로서, 상기 냉각수 유량 최소 공급 단계는 상기 제1 인버터 과열 온도를 상기 인버터 온도 임계값 대비 5℃ 높게 설정하고, 상기 냉각수 순환 펌프는 0-3LPM의 냉각수 유량이 공급되도록 구동된다.
바람직한 실시예로서, 상기 1차 공급 유량 증가 단계는 상기 제2 인버터 과열 온도를 상기 제1 인버터 과열 온도 대비 5℃ 높게 설정하고, 상기 냉각수 순환 펌프는 4-7LPM의 냉각수 유량이 공급되도록 구동된다.
바람직한 실시예로서, 상기 2차 공급 유량 증가 단계는 상기 제3 인버터 과열 온도를 상기 제2 인버터 과열 온도 대비 5℃ 높게 설정하고, 상기 냉각 수 순환 펌프는 8-12LPM의 냉각수 유량이 공급되도록 구동되며, 상기 제3 인버터 과열 온도와 상기 제2 인버터 과열 온도 간 온도차가 5℃ 이상으로 유지되는 경우 상기 인버터를 과열 상태로 경고된다.
바람직한 실시예로서, 상기 인버터 과열 온도가 상기 인버터 온도 임계값 보다 낮으면, 상기 펌프 가변 듀티를 출력하지 않는다.
그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 선박 냉각시스템은 냉각수가 순환되는 냉각수 순환 라인으로 연결되고, 냉각수 순환 펌프, 열교 환기, 모터 및 인버터로 구성된 냉각 부품; 및 인버터 온도 임계값 보다 높은 인버터 온도에서 펌프 가변 듀티 출력이 인버터 온도별로 다르게 적용하고, 상기 냉각수 순환 펌프를 듀티 차이로 구동하여 상기 인버터에 대한 냉각수 유량을 다르게 공급하는 펌프 제어기가 포함되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로서, 상기 열교환기는 상기 냉각수 순환 라인과 함께 해수 순환 라인을 연결하고, 상기 냉각수 순환 라인의 냉각수와 상기 해수 순환 라인의 해수 간 열교환을 발생시켜준다.
바람직한 실시예로서, 상기 인버터는 온도 센서를 구비하고, 상기 온도 센서는 상기 인버터의 인버터 온도를 검출하여 상기 펌프 제어기로 전송한다.
이러한 본 발명의 선박 냉각시스템에 적용된 냉각수 순환 펌프 운용 최적화 방법은 하기와 같은 작용 및 효과를 구현한다.
첫째, 전기추진 선박의 냉각시스템에 적용된 냉각수 순환 펌프의 구동시 인버터 냉각에 상대적으로 전력소모를 줄여 줄 수 있다. 둘째, 냉각수 순환 펌프 구동이 세분화된 펌프 구동 단계로 제어됨으로써 펌프 전력 소모량이 최소화 될 수 있다. 셋째, 세부 펌프 구동 단계가 인버터 온도 기반으로 구분됨으로써 냉각 성능 효과를 얻기 위한 펌프 가동시간이 최적화될 수 있다. 넷째, 냉각시스템의 전력 소모량을 최소화함으로써 전기추진 선박에서 전력변환/제어모듈이 보다 효율적으로 운영될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 선박 냉각시스템에 적용된 냉각수 순환 펌프 운용 최적화 방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 선박 냉각시스템 구성에서 냉각수 순환 상태이다.
이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
도 1을 참조하면, 상기 냉각수 순환 펌프 운용 최적화 방법은 선박 냉각시스템에 적용되고, 이를 펌프부하 가변제어(S40)로 냉각수 유량이 인버터 과열 온도에 맞춰 가변적으로 공급함으로써 인버터 냉각 효과를 유지하면서 펌프 전력 소모는 최소화될 수 있다.
그러므로 상기 냉각수 순환 펌프 운용 최적화 방법은 선박 냉각시스템에 적용되어 소비에너지가 상대적으로 큰 냉각수 순환 펌프를 구동하더라도 전력 소모가 크게 줄어 들 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 선박 냉각시스템(1)은 전력변환/제어모듈을 구성하는 모터(50)와 인버터(60)를 냉각하고, 이를 위해 냉각수 순환 펌프(10), 열 교환기(20), 냉각수 순환 라인(30), 해수 순환 라인(40), 온도 센서(70) 및 펌프 제어기(100)로 구성된다. 이 경우 냉각수 순환 펌프(10), 열교환기(20), 모터(50) 및 인버터(60)는 냉각수가 순환되는 냉각수 순환 라인(30)으로 연결된 냉각 부품이다.
일례로 상기 냉각수 순환 펌프(10)는 냉각수를 순환시켜 주고, 상기 열교환기(20)는 그 내부 공간을 냉각수 영역과 해수 영역으로 구분하는 구조로 이루어져 냉각수와 해수의 온도차로 열교환을 수행하며, 상기 냉각수 순환 라인(30)은 냉각수 순환 경로가 형성되도록 냉각수 순환 펌프(10), 모터(50), 인버터(60) 및 열교환기(20)를 연결하고, 상기 해수 순환 라인(40)은 해수 순환 경로가 형성되도록 열교환기(20)의 내부 공간과 연결된다.
특히 상기 냉각수 순환 라인(30)은 냉각수 배출 라인(30A)과 냉각수 복귀 라인(30B)으로 구분되고, 상기 냉각수 배출 라인(30A)은 냉각수 순환 펌프 (10), 모터(50), 인버터(60) 및 열교환기(20)를 연결하며, 상기 냉각수 복귀 라인 (30B)은 열교환기(20)와 냉각수 순환 펌프(10) 및 모터(50)를 연결한다. 이 경우 냉각수 유량은 모터(50) 및/또는 인버터(60)에 채워져 순환된다.
일례로 상기 온도 센서(70)는 인버터 온도를 검출하도록 인버터(60)에 장착되고, 온도 값을 나타내는 센서 신호가 펌프 제어기(100)로 전송된다. 이 경우 상기 온도 센서(70)는 NTC(Negative Temperature Coefficient Thermistor), PTC(Positive Temperature Coefficient Thermistor), CTR(Critical Temperature Resister Thermistor) 중 어느 하나일 수 있다.
일례로 상기 펌프 제어기(100)는 온도 센서(70)가 전송한 온도센서 신호(a)를 읽고, 펌프 가변 듀티(b)를 출력하여 냉각수 순환 펌프(10)를 구동제어 (즉, 회전수)하며, 펌프 제어 로직이 저장된 메모리를 갖춘 중앙처리장치로 동작한다. 이 경우 상기 펌프 제어기(100)는 ECU(Electronic Control Unit) 또는 인버터 제어기일 수 있다.
이하 상기 냉각수 순환 펌프 운용 최적화 방법이 도 1 및 도 2를 참조로 상세히 설명된다. 이 경우 제어 주체는 펌프 제어기(100)이고, 제어 대상은 냉각수 순환 펌프(10)이다.
먼저 펌프 제어기(100)는 S10의 인버터 온도 단계에서 인버터 온도를 읽어 확인한다. 이는 도 2와 같이, 인버터(60)에 장착된 온도 센서(70)에서 전 송된 온도센서 신호(a)를 이용하여 이루어진다.
이어 펌프 제어기(100)는 S20~S30의 펌프구동여부 확인 단계를 수행 하고, 이는 S20의 펌프구동온도 판단 단계, S30의 펌프구동 단계로 수행된다.
일례로 상기 펌프구동온도 판단(S20)은 펌프구동온도 판단식을 적용한다.
펌프구동온도 판단식: 인버터 검출 온도 > K
여기서, "인버터 검출 온도"는 온도 센서(70)로 검출한 인버터 (60)의 현재 온도이고, "K"는 펌프구동에 적용되는 인버터 온도 임계값 (Threshold)으로 약 45℃를 적용한다.
그 결과 펌프 제어기(100)는 인버터 검출 온도가 45℃ 미만인 경우 S90의 펌프 정지 상태 유지 단계로 전환한 후 S10의 인버터 온도 단계로 복귀한다. 이 경우 상기 펌프 정지 상태 유지(S90)는 냉각수 펌프 OFF로 도 2의 냉각수 순환 펌프(10)가 구동되지 않는 상태이다.
반면 펌프 제어기(100)는 인버터 검출 온도가 45℃ 이상인 경우 S30의 펌프구동 단계로 진입하여 도 2의 냉각수 순환 펌프(10)를 냉각수 펌프 ON으로 전환하고, 상기 냉각수 펌프 ON 상태는 냉각수 순환 펌프(10)가 S40의 펌프부하 가변제어 단계에 맞춰 구동되도록 한다.
그러므로 펌프 제어기(100)는 상기 펌프부하 가변제어(S40)를 S50의 냉각수 유량 최소 공급 단계, S60의 1차 공급 유량 증가 단계, S70의 2차 공급 유량 증가 단계로 구현한다.
특히 펌프 제어기(100)는 인버터 온도 임계값(K)(S20) 대비 인버터 상승 온도를 적용하고, 상기 인버터 상승 온도는 냉각수 유량 최소 공급(S50)에 적용되는 제1 인버터 과열 온도 A, 1차 공급 유량 증가(S60)에 적용되는 제2 인버터 과열 온도 B, 2차 공급 유량 증가(S70)에 적용되는 제3 인버터 과열 온도 C로 구분 된다.
일례로 상기 제1 인버터 과열 온도 A는 약 50℃, 상기 제2 인버터 과열 온도 B는 약 55℃, 상기 제3 인버터 과열 온도 C는 약 60℃를 적용함으로써 온도 간격이 약 5℃로 적용된다.
이로부터 상기 냉각수 유량 최소 공급(S50)은 S51의 제1 인버터 과열 온도 A 미만에서 S52의 최소 펌핑 유량으로 수행되고, 상기 1차 공급 유량 증가 (S60)는 S61의 제2 인버터 과열 온도 B 미만에서 S62의 1차 펌핑 유량 증가로 수행 되며, 상기 2차 공급 유량 증가(S70)는 S71의 제2 인버터 과열 온도 C 미만에서 S72의 2차 펌핑 유량 증가로 수행된다.
일례로 상기 최소 펌핑 유량(S52)은 냉각수 순환 펌프(10)에서 냉각수 유량을 0-3LPM(Liter Per Minute)으로 펌핑하여 인버터(60)쪽으로 공급하고, 이는 1차 펌핑 유량 증가(S62)에서 4-7LPM, 2차 펌핑 유량 증가(S72)에서 8-12LPM로 증가된다.
도 2를 참조하면, 상기 펌프 제어기(100)는 냉각수 유량 최소 공급 (S50~S52), 1차 공급 유량 증가(S60~S62) 및 2차 공급 유량 증가(S70~S72)를 위해 펌프 가변 듀티 출력(b)을 증가시켜 준다.
일례로 상기 냉각수 유량 최소 공급(S50~S52)에서, 약 50℃의 고온 냉각수는 냉각수 순환 펌프(10)에서 0-3LPM으로 펌핑되어 냉각수 배출 라인(30A)을 통해 모터(50)와 인버터(60)를 거쳐 열교환기(20)로 들어가고, 상기 고온 냉각수는 열교환기(20)의 내부 공간에서 해수 순환 라인(40)에서 공급된 낮은 온도의 해수와 열교환으로 저온 냉각수로 전환된 후 냉각수 복귀 라인(30B)을 거쳐 냉각수 순환 펌프(10)로 흡입된다.
그러므로 상기 1차 공급 유량 증가(S60~S62)에서 약 55℃의 고온 냉각수는 4-7LPM 냉각수 유량으로 냉각수 배출/복귀 라인(30A,30B)을 통해 냉각수 순환 펌프(10), 열교환기(20), 모터(50) 및 인버터(60)를 순환하고, 상기 2차 공급 유량 증가(S70~S72)에서 약 60℃의 고온 냉각수가 8-12LPM 냉각수 유량으로 냉각수 배출/복귀 라인(30A,30B)을 순환한다.
이로부터 상기 냉각수 순환 펌프(10)는 인버터(60)에 대한 냉각수순환을 위한 구동이 인버터 과열 온도에 맞춘 가변적인 냉각수 유량 공급이 이루어 지도록 펌프 전력 소모를 최소화한 상태에서 인버터 냉각 효과가 유지되도록 운영 될 수 있다.
한편 펌프 제어기(100)는 2차 공급 유량 증가(S70)에서 S72의 제2 인버터 과열 온도 C 이상인 경우, S80의 냉각시스템 경고 단계로 전환되어 냉각수 순환 펌프 제어를 중지한다.
일례로 상기 냉각시스템 경고(S80)는 점명등 또는 부저로 이루어질 수 있다.
전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 선박 냉각시스템(1)에 적용된 냉각수 순환 펌프 운용 최적화 방법은 인버터 온도 임계값(Threshold) 보다 높은 인버터 온도에서 펌프 제어기(100)의 펌프 가변 듀티 출력(b)이 인버터 온도별로 다르게 적용하고, 듀티 차이로 냉각수 순환 펌프(10)를 구동하여 인버터(60)에 대한 냉각수 유량을 다르게 공급함으로써 냉각수 순환 펌프(10)의 구동을 세부 단계로 제어하여 펌프 전력 소모량을 최소화할 수 있고, 특히 펌프 구동의 세부 단계를 인버터 온도 기반으로 구분함으로써 냉각 성능 효과를 얻기 위한 펌프 가동시간도 최적화된다.

Claims (11)

  1. 인버터로 냉각수를 순환시켜 주는 냉각수 순환 펌프의 구동이 펌프 제어기의 인버터 온도 임계값(Threshold)으로 판단되는 단계, 및
    펌프 가변 듀티로 인버터 과열 온도에 맞춰 듀티 출력을 다르게 하고, 상기 냉각수 순환 펌프가 냉각수 유량을 가변적으로 펌핑하여 주는 펌프부하 가변제어 단계
    가 포함되는 것을 특징으로 하는 냉각수 순환 펌프 운용 최적화 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 인버터 온도 임계값은 45℃로 설정되는 것을 특징 으로 하는 냉각수 순환 펌프 운용 최적화 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 펌프부하 가변제어 단계는
    상기 인버터 온도 임계값 보다 높은 제1 인버터 과열 온도를 적용하는 냉각 수 유량 최소 공급 단계,
    상기 제1 인버터 과열 온도보다 높은 제2 인버터 과열 온도를 적용하는 1차 공급 유량 증가 단계, 및
    상기 제2 인버터 과열 온도보다 높은 제3 인버터 과열 온도를 적용하는 2차 공급 유량 증가 단계
    로 수행되는 것을 특징으로 하는 냉각수 순환 펌프 운용 최적화 방법.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 냉각수 유량 최소 공급 단계는
    상기 제1 인버터 과열 온도를 상기 인버터 온도 임계값 대비 5℃ 높게 설정
    하고,
    상기 냉각수 순환 펌프는 0-3LPM(Liter Per Minute)의 냉각수 유량이 공급되 도록 구동되는 것을 특징으로 하는 냉각수 순환 펌프 운용 최적화 방법.
  5. 청구항 3에 있어서, 상기 1차 공급 유량 증가 단계는
    상기 제2 인버터 과열 온도를 상기 제1 인버터 과열 온도 대비 5℃ 높게 설 정하고,
    상기 냉각수 순환 펌프는 4-7LPM(Liter Per Minute)의 냉각수 유량이 공급되 도록 구동되는 것을 특징으로 하는 냉각수 순환 펌프 운용 최적화 방법.
  6. 청구항 3에 있어서, 상기 2차 공급 유량 증가 단계는
    상기 제3 인버터 과열 온도를 상기 제2 인버터 과열 온도 대비 5℃ 높게 설 정하고,
    상기 냉각수 순환 펌프는 8-12LPM(Liter Per Minute)의 냉각수 유량이 공급 되도록 구동되는 것을 특징으로 하는 냉각수 순환 펌프 운용 최적화 방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 제3 인버터 과열 온도와 상기 제2 인버터 과열 온 도간 온도차가 5℃이상으로 유지되면,
    상기 인버터를 과열 상태로 경고하는 것을 특징으로 하는 냉각수 순환 펌프 운용 최적화 방법.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 인버터 과열 온도가 상기 인버터 온도 임계값 보다 낮으면,
    상기 펌프 가변 듀티를 출력하지 않는 것을 특징으로 하는 냉각수 순환 펌프 운용 최적화 방법.
  9. 냉각수가 순환되는 냉각수 순환 라인으로 연결되고, 냉각수 순환 펌프, 열교 환기, 모터 및 인버터로 구성된 냉각 부품; 및
    인버터 온도 임계값(Threshold) 보다 높은 인버터 온도에서 펌프 가변 듀티 출력이 인버터 온도별로 다르게 적용하고, 상기 냉각수 순환 펌프를 듀티 차이로 구동하여 상기 인버터에 대한 냉각수 유량을 다르게 공급하는 펌프 제어기;
    가 포함되는 것을 특징으로 하는 선박 냉각시스템.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 열교환기는 상기 냉각수 순환 라인과 함께 해수 순 환 라인을 연결하고,
    상기 냉각수 순환 라인의 냉각수와 상기 해수 순환 라인의 해수 간 열교환을 발생시켜 주는 것을 특징으로 하는 선박 냉각시스템.
  11. 청구항 9에 있어서, 상기 인버터는 온도 센서를 구비하고,
    상기 온도 센서는 상기 인버터의 인버터 온도를 검출하여 상기 펌프 제어기 로 전송하는 것을 특징으로 하는 선박 냉각시스템.
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