KR100953906B1

KR100953906B1 - 선박의 전력 공급 시스템

Info

Publication number: KR100953906B1
Application number: KR1020087001918A
Authority: KR
Inventors: 츠네미츠 츠지
Original assignee: 아이 노우 머쉬너리 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2006-09-28
Filing date: 2007-09-20
Publication date: 2010-04-22
Anticipated expiration: 2027-09-20
Also published as: WO2008041498A1; CN101331055A; CN101331055B; JP2008081054A; KR20080067324A

Abstract

선박에 탑재되어 전기 설비(200)에 전력을 공급하는 전력 공급 시스템(400)에 있어서, 전력을 발생하는 발전기(142, 144), 전력의 공급을 받아서 하역 대상(121)을 상승시키고 하역 대상(121)을 강하시킬 경우에 전력을 발생하는 회생 유닛(350)을 포함하는 데크 크레인(122, 124, 126, 128), 회생 유닛(350)이 발생한 전력을 축적하는 축전기(260), 및 발전기(140), 축전기(260), 전기 설비(200), 및 회생 유닛(350)이 공통으로 결합된 모선(152)을 포함하며, 모선(152)에 기초하여 당해 선박의 데크 크레인(122, 124, 126, 128) 이외의 전기 설비(200)에 전력을 공급한다.

선박, 전력공급시스템, 발전기, 데크크레인, 축전기, 전기설비

Description

선박의 전력 공급 시스템{Electricity supply system of ship}

본 발명은 선박의 전력 공급 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 회생 제동기를 포함하는 기중기를 갖춘 선박에서 선내의 전기 설비에 전력을 공급하는 시스템에 관한 것이다. 본 출원은, 다음의 일본 출원에 관련된다. 문헌의 참조에 의한 편입이 인정되는 지정국에 대해서는 다음의 출원에 기재된 내용을 참조에 의해 본 출원에 편입하고, 본 출원의 일부로 한다.

1. 일본특허출원 2006-266003 출원일 2006년 9월 28일

선박은 전력을 공급함으로써 동작하는 전기 설비를 탑재한다. 선박의 전력 설비의 예는 등화 기기, 통신 기기, 위치 측정 장치 외에 무어링 윈치, 윈들러스 등이다. 또한, 선박의 거주 구역에는 조리 기구, 조명 기구, 공기 조절 장치 등의 전기 기구도 탑재된다. 더욱이, 선박의 용도에 따라 기중기, 전동 해치 등이 장비될 경우도 있다.

다음의 특허문헌 1에는 선박용 전원 장치가 기재된다. 이 선박용 전원 장치는 배전선을 포함하는 배전반을 통해서 선내 부하에 접속된 상용 발전기에 더하여 전력 공급원으로서 태양 전지 유닛을 포함한다. 이에 따라, 선박이 태양 광선으로부터 얻은 에너지를 유효 활용해서 발전용의 연료 소비를 억제할 수 있다.

또한, 다음의 특허문헌 2에도 선박용 전원 장치가 기재된다. 이 선박용 전원 장치는 모선(母線)을 직류화함으로써 전력 공급 시스템을 간소화하고 있다. 더욱이, 다음의 특허문헌 3에는 수중 익선에 큰 용량의 연료 전지를 탑재하여 정박중의 선내 전기 설비에 대한 전력을 연료 전지로부터 공급하는 것이 기재되어 있다.

[특허문헌 1] 일본특허공개 1998-032942호 공보

[특허문헌 2] 일본특허공개 1999-266532호 공보

[특허문헌 3] 일본특허공개 2004-066917호 공보

그러나, 태양 전지 유닛의 발전 효율은 낮으므로, 태양 전지 유닛에 의해 획득된 전력으로 선내 전기 설비의 전력을 커버하는 것은 어렵다. 또한, 연료 전지는 발전을 위한 연료 또는 연료 생성 수단을 이용하므로, 항해중의 선박의 전력 설비를 당해 연료 전지에서 사용할 경우에는 그 만큼의 연료 등을 선박에 탑재하지 않으면 안된다고 하는 문제가 있다.

본 발명의 제1 형태에 따르면, 선박에 탑재되어 전기 설비에 전력을 공급하는 전력 공급 시스템에 있어서, 전력을 발생하는 발전기, 전력의 공급을 받아서 하역 대상을 상승시키고 하역 대상을 강하시킬 경우에 전력을 발생하는 회생 제동기를 포함하는 기중기, 회생 제동기가 발생한 전력을 축적하는 축전기, 및 발전기, 축전기, 전기 설비, 및 회생 제동기가 공통으로 결합된 전력 모선을 포함하며, 전력 모선에 기초하여 당해 선박에서 기중기 이외의 전기 설비에 전력을 공급하는 전력 공급 시스템이 제공된다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 화물선(100)의 외관을 모식적으로 나타내는 사시도이다.

도 2는 화물선(100)의 선내의 전기 설비(200)를 모식적으로 나타내는 도면이다.

도 3은 기중기(300)의 전기적인 구조를 모식적으로 나타내는 도면이다.

도 4는 화물선(100)의 선내의 전력 공급 시스템(400)의 구조를 모식적으로 나타내는 도면이다.

도 5는 전력 공급 시스템(400)에서의 전력량의 추이를 나타내는 그래프이다.

<부호의 설명>

100 화물선 110 선체

121 하역 대상 122, 124, 126, 128 데크 크레인

130 선교 140 발전기

142 상용 발전기 144 비상용 발전기

150 배전반 152 모선

154, 156 차단기 200 전기 설비

210 윈들러스 212 앵커

220 무어링 윈치 222 무어링 와이어

230 전동 해치 232 해치 커버

240 거주구역 전기설비 241, 252, 262 제어 장치

242 블로워 244 투광기

246 실내등 248 항해등

250 이차 전지 260 축전기

300 기중기 310 선회탑

320 캐빈 330 지브

340 역변환기 342 지브 모터

344 호이스트 모터 346 선회 모터

350 회생 유닛 360 슬립 링

400 전력 공급 시스템

이하, 발명의 실시 형태를 통해서 본 발명을 설명하지만, 이하의 실시 형태는 청구의 범위에 따른 발명을 한정하는 것이 아니며 또한 실시 형태에서 설명되는 특징의 조합의 모두가 발명의 해결 수단에 필수적인 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 전력 공급 시스템(400)을 장비한 화물선(100)의 외관을 모식적으로 나타내는 사시도이다. 이 도면에 도시하는 바와 같이, 이 화물선(100)은 선체(110)의 내부에 복수의 화물실을 갖추고 있다. 각각의 화물실의 천정은 해치 커버(232)에 의해 개폐된다. 또한, 해치 커버(232)의 각각의 근방에는 각각 데크 크레인(122, 124, 126, 128)이 설치된다. 이러한 설비를 포함하는 화물선(100)은 해치 커버(232)가 열린 상태에서 데크 크레인(122, 124, 126, 128)을 가동시킴으로써 선체(110) 내의 선창으로 하역 대상(121)을 운반하며 또한 실어낼 수 있다.

더욱이, 화물선(100)의 선체(110)의 후단 근방에는 선원이 탑승하는 거주 구역을 포함하는 선교(130)가 배치된다. 또한, 선교(130)의 아래 쪽의 선체(110) 내에는 후술하는 발전기(140) 및 배전반(150)이 탑재된다. 배전반(150)은 후술하는 모선(152)을 통해서 선내의 각 부에 전력을 공급한다.

도 2는 화물선(100)의 선내에서 데크 크레인(122, 124, 126, 128)을 포함하는 전기 설비(200)를 모식적으로 나타내는 도면이다. 데크 크레인(122, 124, 126, 128)의 각각은 선체(110)에 대하여 고정된 베이스부(301)의 상단에 장착된 선회탑(310)을 포함한다. 선회탑(310)은 베이스부(301)에 대하여 선회한다. 더욱이, 선회탑(310)은 승강할 수 있는 지브(330)를 포함한다. 지브(330)는 그 자체가 승강하는 동시에 그 선단으로부터 늘어뜨린 와이어를 감아 올리거나 내려서 와이어의 선단에 매달린 하역 대상(121)을 승강시킬 수 있다.

데크 크레인(122, 124, 126, 128)이 하역 대상(121)을 상승시킬 경우, 하역 대상(121)의 중량에 따른 전력이 소비된다. 한편, 하역 대상(121)을 강하시킬 경우는, 하역 대상(121) 및 지브(330)의 중량에 대항해서 가동부에 제동을 걸면서 적절한 속도로 강하시킨다.

또한, 이 화물선(100)의 전기 설비(200)는 윈들러스(windlass)(210), 무어링 윈치(mooring winch)(220), 및 전동 해치(230)를 포함한다. 이들 윈들러스(210) 및 무어링 윈치(220)는 이 화물선(100)의 모선(152)에 접속된다. 윈들러스(210)는 큰 중량의 앵커(212)를 감아 올리는데 이용되는데, 이 경우에 전력을 소비한다. 또한, 무어링 윈치(220)도 무어링 와이어(222)(무어링 체인)를 감아 올리는데 이용되는데, 이 경우에 전력을 소비한다. 전동 해치(230)는 선체(110)의 갑판 상에 설치된 해치 커버(232)를 전동으로 개폐한다.

더욱이, 전기 설비(200)는 선교(130)의 거주 구역에 블로워(blower)(242), 투광기(244), 실내등(246), 항해등(248)과 같은 전력을 소비하는 거주구역 전기설비(240)를 포함한다. 도시는 생략하지만, 거주구역 전기설비(240)에는 통신 기기, 레이더, 항법장치, 조리 기기 등이 포함된다. 이들 거주구역 전기설비(240)도 모선(152)에 접속되어서 전력의 공급을 받는데, 상대적으로 전력 소비가 적은 점, 육상의 상용 전원을 전제로서 제조된 기기가 많은 점으로부터 거주구역 전기설비(240)에는 100V 정도의 전압으로 전원이 공급된다.

더욱이, 이 화물선(100)은 상기 전력 설비(200)에 공급하는 전력을 발생 또는 보유하는 이차전지(250), 축전기(260), 및 발전기(140)를 탑재한다. 발전기(140)는 모선(152)에 접속되며, 모선(152)을 통해서 선내의 각 부분에 440V 정도의 고압으로 전력을 공급한다. 이와 같이, 선박에서 모선(152)에 접속된 발전기(140)를 갖춤으로써 선내의 전기 설비(200)의 가동에 큰 전력이 요청될 경우에 발전기(140)를 가동시켜서 충분한 전력을 공급할 수 있다.

이차전지(250) 및 축전기(260)는 각각 개별의 제어 장치(252, 262)를 통해서 모선(152)에 접속되어 과충전 등을 방지한다. 또한, 이차전지(250)는 주로 정박중에 거주구역 전기설비(240)에 전력을 공급할 경우에 이용된다.

축전기(260)는 이차전지(250)에 비하여 보다 큰 용량을 가지며, 후술하는 회 생 유닛(350)이 발생한 큰 전력을 축적한다. 이에 따라,보다 큰 전력을 비축해서 선내의 전력소비가 증대하였을 경우의 전력 공급을 보충할 수 있다. 바꾸어 말하면, 축전기(260)를 탑재함으로써 발전기(140)의 피크 발전 용량을 억제할 수 있다.

이와 같이, 모선(152)에 접속된 축전기(260)를 더 포함하며, 축전기(260)는 회생 제동기로서 동작하는 회생 유닛(350)이 발생한 전력을 축적할 수 있다. 이에 따라, 선내의 전기 설비(200)에 대한 전력 수요에 유연하게 대응하여 낭비없이 회생 전력을 이용할 수 있다.

이러한 용도로 이용하는 축전기(260)로서는 전기 이중층 캐패시터를 이용한 축전장치가 사용되는 것이 바람직하다. 전기 이중층 캐패시터는 전극 및 전해액의 경계에 발생한 전기 이중층에 전하를 축적한다. 전기 이중층은 1분자 상당이라고 하는 극한까지 엷은 갭을 형성하므로, 대단히 큰 에너지 밀도로 전력을 축적할 수 있다. 단지, 인가 전압이 내압을 넘으면 전기 이중층이 깨지므로, 인가 전압을 관리하는 제어 장치(262)와 조합시켜서 축전장치가 형성된다.

이와 같이, 축전기(260)로서 전기 이중층 캐패시터를 이용한 축전장치를 이용할 수 있다. 이에 따라, 높은 에너지 밀도로 전력을 축적하여 선박 내의 전기 설비(200)를 가동시키는 전력으로서 이용할 수 있다.

도 3은 도 1 및 도 2에 나타낸 데크 크레인(122, 124, 126, 128)으로서 사용하는 기중기(300)의 전기적인 구조를 모식적으로 나타내는 도면이다. 또한, 도 3은 선회탑(310)을 빼내서 도시하고 있다.

이 도면에 도시하는 바와 같이, 선회탑(310)의 외측에는 기중기(300)의 조종 장치가 배치된 캐빈(320)이 설치된다. 또한, 선회탑(310)의 외측에는 지브(330)가 측면에 장착된다.

선회탑(310)의 내부에는 지브(330)를 승강시키는 지브 모터(342), 훅(hook)을 매단 와이어를 감아 올리는 호이스트 모터(344), 및 선회탑(310) 자체를 선회시키는 선회 모터(346)가 각각 배치된다. 또한, 모선(152)으로부터 공급되는 전력을 제어해서 이들 지브 모터(342), 호이스트 모터(344), 및 선회 모터(346)에 공급하는 역변환기(340)도 장비된다. 각 모터를 구동하는 전력은 선회탑(310)의 저부에 설치된 슬립 링(360)을 통해서 모선(152)으로부터 공급된다.

이와 같이, 상기 전력 공급 시스템(400)에서, 기중기(300)는 역변환기(340)를 포함하는 전동기중기로 하는 것이 가능하다. 이에 따라, 전동기를 동력원으로 하는 기중기(300)를 효율적으로 가동시킬 수 있다.

더욱이, 선회탑(310)에는 회생 유닛(350)이 장비된다. 회생 유닛(350)은 기중기(300)가 취급하는 하역 대상(121)이 강하할 경우, 하역 대상(121) 및 지브(330)의 운동 에너지를 전력으로 변환함으로써 하역 대상(121) 및 지브(330)의 강하 속도를 저감시킨다. 회생 유닛(350)에 의해 발생한 전력은 슬립 링(360)을 통해서 선체(110) 내의 모선(152)으로 되돌려진다.

또한, 기중기(300)는 하역 대상(121)이 매달려 있지 않을 경우에도, 지브(330)의 중량 및 와이어의 선단에 장착된 훅의 중량에 의해 지브(330)를 강하시켜서, 회생 유닛(350)으로부터 전력을 발생시킬 수 있다. 이 경우에 발생한 전력도 축전기(260) 및 이차전지(250)에 축적시켜서 선내의 다른 거주구역 전기설 비(240)에서 이용할 수 있다.

도 4는 화물선(100)의 선내의 전력 공급 시스템(400)의 구조를 모식적으로 나타내는 도면이다. 이 도면에 도시하는 바와 같이, 이 전력 공급 시스템(400)은 배전반(150)에 설치된 모선(152)에 대하여 전기 설비(200)의 각각이 차단기(156)를 통해서 접속된다. 또한, 축전기(260) 및 이차전지(250)도 각각 제어 장치(241, 252, 262)를 통해서 모선(152)에 접속된다. 더욱이, 발전기(140)도 차단기(154)를 통해서 모선(152)에 접속된다. 또한, 발전기(140)는 상용 발전기(142) 및 비상용 발전기(144)를 포함하며, 각각 개별적으로 차단기(154)를 통해서 모선(152)에 접속된다.

상기와 같은 전력 공급 시스템(400)에서는 차단기(154, 156) 및 제어 장치(241, 252, 262)가 전기적인 접속을 차단하지 않고 있는 한, 전기 설비(200)의 각각은 모선(152)에 전기적으로 결합되어 있다. 따라서, 이 모선(152)에 대한 전력원이 되는 발전기(140), 이차전지(250), 축전기(260), 및 회생 유닛(350)의 어느 하나에 의해 충분한 전력이 공급되어 있으면, 전기 설비(200)는 가동할 수 있다.

예를 들면, 데크 크레인(122, 124, 126, 128), 윈들러스(210), 무어링 윈치(220), 전동 해치(230)와 같이 전력 소비가 큰 기기가 가동하고 있을 경우는, 발전기(140)를 가동시켜서 소비 전력에 대응한 전력이 공급된다. 또한, 예를 들면 정박중에 표시등과 같은 작은 전력을 소비할 경우는, 이차전지(250)가 전력을 공급한다.

한편, 예를 들면 하역 작업중에는 4기의 데크 크레인(122, 124, 126, 128)을 가동시키므로, 이에 대응한 전력을 공급하는 것이 요청된다. 그러한 전력을 발전기(140)로부터 공급하기 위해서는 발전량이 큰 발전기(140)를 장비하지 않으면 안된다. 그러나, 이 전력 공급 시스템(400)에서는 4기의 데크 크레인(122, 124, 126, 128) 가운데 하역 대상(121)을 강하시키고 있는 크레인이 장비하는 회생 유닛(350)으로부터도 전력이 모선(152)에 공급된다. 따라서, 이 전력 공급 시스템(400)에서는 발전기(140)에 요청되는 최대 발전량을 억제할 수 있다.

이와 같이, 이 전력 공급 시스템(400)에서는 선박은 공통인 모선(152)에 접속된 기중기(300)를 복수개 갖추고, 기중기(300)의 하나가 하역 대상(121)을 강하시킬 경우에 당해 기중기(300)의 회생 제동기가 발생한 전력을 하역 대상(121)을 상승시키는 기중기(300)의 다른 하나에 공급할 수 있다. 이에 따라, 회생 전력을 효율적으로 이용해서 기중기(300)를 경제적으로 가동시킬 수 있다.

도 5는 도 1에 나타낸 화물선(100)에서 데크 크레인(122, 124, 126, 128)의 어느 하나를 가동시켰을 경우의 전력량의 추이를 나타내는 그래프이다. 이 화물선(100)의 전력 공급 시스템(400)은 도 4에 나타내는 구조를 갖는다. 또한, 축전기(260)로서는 내부 저항이 충분히 작은 전기 이중층 캐패시터를 포함하는 축전장치(이하, “EDLC”라고 한다)를 이용하였다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 데크 크레인(122, 124, 126, 128)의 하나가 하역 대상(121)에 대하여 상승, 하강, 및 지브(330)의 승강을 수행하였을 경우, 동작 개시 당초는 전동기의 돌입 전류 등에 의해 소비 전력이 250kW를 넘는다. 그 후, 하역 대상(121) 또는 지브(330)를 상승시키는 동작의 경우는 전력소비가 계속되지 만, 강하시키는 동작의 경우는 회생 전력이 발생한다. 또한, 하역 대상(121) 또는 지브(330)를 상승시키는 동작에서도 각 동작 기간의 종기에 회생 전력이 발생한다. 따라서, 이들 회생 전력을 유효하게 이용함으로써 발전기(140)의 부하가 저감된다. 또한, 용량이 큰 축전기(260)를 포함하므로, 데크 크레인(122, 124, 126, 128)이 멈춘 경우는, 발전기(140)를 정지시켜도 거주구역 전기설비(240) 등의 작은 전력 소비를 커버할 수 있다.

이와 같이, 선박에 탑재되어 당해 선박의 기중기(300) 이외의 전기 설비(200)에 전력을 공급하는 전력 공급 시스템(400)으로서, 하강하는 경우에 전력을 발생하는 회생 제동기를 포함하는 기중기(300), 및 전기 설비(200) 및 회생 제동기가 공통으로 결합된 모선(152)을 포함하는 전력 공급 시스템(400)이 제공된다. 이에 따라, 기중기(300)에서 하역 대상(121)을 강하시킬 경우에 열 에너지로서 방산되고 있던 에너지를 효율적으로 회수하여 선내의 전기 설비(200)의 가동에 이용할 수 있다. 또한, 회생 전력의 이용처를 다종의 전기 설비(200)로 함으로써 회생 전력의 크기에 관계없이 회생 전력을 효율적으로 이용할 수 있다.

또한, 회생 유닛(350)을 장비한 기중기(300)에서 발생한 전력을 전기 설비(200)의 기중기(300) 이외의 전기 기기에도 공급하는 전력 공급 시스템(400)에 의해 전력 공급을 위한 연료 소비를 저감할 수 있다. 이에 따라, 연료비의 삭감에 더하여 탄산 가스, 질소 산화물, 유황 산화물 등의 배출량도 억제할 수 있으며, 환경 부하도 저감할 수 있다.

이상, 본 발명을 실시 형태를 이용해서 설명하였지만, 본 발명의 기술적 범 위는 상기 실시 형태에 기재된 범위에 한정되지는 않는다. 상기 실시 형태에 다양한 변경 또는 개량을 더할 수 있는 것이 당업자에게 명확하다. 이와 같은 변경 또는 개량을 추가한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함될 수 있는 것이 청구의 범위의 기재로부터 명확하다.

Claims

선박에 탑재되어 전기 설비에 전력을 공급하는 전력 공급 시스템에 있어서,

전력을 발생하는 발전기;

전력의 공급을 받아서 하역 대상을 상승시키고 하역 대상을 강하시킬 경우에 전력을 발생하는 회생 제동기를 포함하는 기중기;

상기 회생 제동기가 발생한 전력을 축적하는 축전기;

상기 축전지보다 작은 용량을 갖는 2차 전지; 및

상기 발전기, 상기 축전기, 상기 2차 전지, 상기 전기 설비, 및 상기 회생 제동기가 공통으로 결합된 전력 모선

을 포함하며,

상기 전력 모선에 기초하여 당해 선박의 기중기 이외의 전기 설비에 전력을 공급하고,

상기 선박은 공통인 상기 전력 모선에 접속된 상기 기중기를 복수개 포함하며, 상기 기중기의 하나가 하역 대상을 강하시킬 경우에 당해 기중기의 상기 회생 제동기가 발생한 전력을 하역 대상을 상승시키는 상기 기중기의 다른 하나에 공급하는 전력 공급 시스템.
삭제
제1항에 있어서,

상기 기중기가 역변환기를 포함하는 전동기중기인 전력 공급 시스템.
제1항에 있어서,

상기 전력 모선은 교류 전력을 전달하는 전력 공급 시스템.
삭제
삭제
제3항에 있어서,

상기 전력 모선은 교류 전력을 전달하는 전력 공급 시스템.
삭제