KR102744657B1 - Ship propulsion apparatus and ship comprising the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 선박 추진 장치 및 이를 포함하는 선박에 관한 것으로, 프로펠러를 회전시킬 수 있는 유압시스템, 입력 에너지를 전달받아 운동에너지로 변환하여 상기 유압시스템의 유압펌프를 구동시키는 전동모터 및 상기 전동모터의 구동을 위한 입력 에너지를 공급하는 바나듐이온 배터리를 포함한다.
따라서, 바나듐이온 배터리를 이용하여 전동모터를 작동시켜 유압시스템으로 프로펠러를 구동시켜 추진력을 얻으므로 화석 연료를 사용하지 않아 본 발명에 따른 선박은 탈탄소화를 이루므로 친환경적이다.The present invention relates to a ship propulsion device and a ship including the same, comprising: a hydraulic system capable of rotating a propeller; an electric motor that receives input energy and converts it into kinetic energy to drive a hydraulic pump of the hydraulic system; and a vanadium ion battery that supplies input energy for driving the electric motor.
Accordingly, the ship according to the present invention is environmentally friendly as it achieves decarbonization by not using fossil fuels since it operates an electric motor using a vanadium ion battery and drives a propeller using a hydraulic system to obtain propulsion.
Description
본 발명은 선박 추진 장치 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.The present invention relates to a ship propulsion device and a ship including the same.
선박(Ship) 또는 배는 사람이나 물건 등을 물 위 또는 물속에서 이동할 수 있도록 하는 교통수단을 말한다. 나무배는 물에 잘 떠서 가지만, 철로 만든 거대한 배는 부력(浮力)이란 물의 뜨는 힘으로 뜬다. 200여 년 전까지도 노라는 도구로 배를 움직이지만. 오늘날의 배는 엔진(Engine)을 이용하여 프로펠러를 회전시켜 움직이도록 한다. 엔진은 선박에서 추진 기관이나 발전기관으로 역할 한다. 선박 엔진에 사용되는 디젤기관은 초기에 중유를 사용하였으며 후에 회전수의 증가 등 개량이 이루어짐에 따라 착화성이 양호한 경유를 사용하게 되었다.A ship is a means of transportation that allows people or objects to move on or under water. Wooden boats float well on water, but large iron ships float due to the buoyancy of water. Until about 200 years ago, boats were moved by tools called oars. Today's ships use engines to rotate propellers to move them. Engines serve as propulsion or power generation engines in ships. Diesel engines used in ship engines initially used heavy oil, but later, as improvements were made such as increasing the rotational speed, they began to use light oil with good ignition properties.
디젤기관의 열효율은 50% 내외로 동력기관 중 가장 성능이 우수하며 저질 연료도 사용할 수 있어 연료비 절감에도 효과가 있다. 그러나 디젤기관은 소음과 공해 물질(매연, 녹스(NOx)) 배출로 해상 오염이 발생할 수 있다.Diesel engines have the highest thermal efficiency of around 50%, making them the most efficient powerplant, and can even use low-quality fuel, which is effective in reducing fuel costs. However, diesel engines can cause marine pollution due to noise and pollutant emissions (smoke, NOx).
이에 최근에 디젤엔진의 단점으로 지적되고 있는 소음과 공해 물질 배출을 방지하기 위해 차세대 바나듐이온 배터리 기반 선박용 에너지 저장장치(Energy Storage System; ESS)가 개발되고 있다. 에너지 저장장치는 생산된 전기를 저장했다가 전력이 필요할 때 공급해 전력 사용 효율을 향상하는 장치이다.Accordingly, a next-generation ship energy storage system (ESS) based on vanadium ion batteries is being developed to prevent noise and pollutant emissions, which have recently been pointed out as shortcomings of diesel engines. An energy storage system is a device that stores produced electricity and supplies it when electricity is needed, thereby improving power usage efficiency.
바나듐(Vanadium)은 고강도 합금과 화학산업 촉매제에 주로 사용되는 금속광물로 리튬이온전지를 대체할 에너지저장장치 원료로 주목받고 있다.Vanadium is a metallic mineral mainly used in high-strength alloys and chemical industry catalysts, and is attracting attention as a raw material for energy storage devices that can replace lithium-ion batteries.
바나듐 배터리(Vanadium battery)는 양극과 음극이 액체 바나듐으로 된 전해액을 이용하며 바나듐 레독스 흐름 배터리(Vanadium Redox Flow Battery; VRFB)와 바나듐이온 배터리(Vanadium Ion Battery; VIB) 등이 있다.Vanadium batteries use an electrolyte of liquid vanadium as the positive and negative electrodes, and include vanadium redox flow batteries (VRFB) and vanadium ion batteries (VIB).
바나듐 레독스 흐름 배터리는 양극과 음극에 사용된 바나듐 전해액이 산화 또는 환원되면서 충전과 방전이 되는 원리로 작동한다. 바나듐 레독스 흐름 전지 또는 간략히 바나늄 레독스 배터리(Vanadium redox battery)라고도 한다.Vanadium redox flow batteries operate on the principle that the vanadium electrolyte used in the positive and negative electrodes is oxidized or reduced to charge and discharge. It is also called a vanadium redox flow battery or simply a vanadium redox battery.
바나듐이온 배터리는 바나듐 전해액의 전기화학반응을 통해 전기를 충전하고 방전하며 바나듐 레독스 흐름 배터리와는 전해액을 빼곤 완전히 다른 배터리다. 바나듐이온 배터리는 리튬 이온 전지(Lithium Ion Battery, LIB)랑은 당연히 소재부터 다르고, 구조, 성능, 특성 등 차이가 크다.Vanadium-ion batteries charge and discharge electricity through electrochemical reactions of vanadium electrolytes, and are completely different from vanadium redox flow batteries except for the electrolyte. Vanadium-ion batteries are obviously different from lithium-ion batteries (LIBs) in terms of materials, structure, performance, and characteristics.
바나듐이온 배터리는 화재 위험성이 거의 없고 수명이 길며 에너지 효율이 높다는 특징을 갖고 있다. 또 재활용률이 높아 환경친화적이라는 평가를 받는다. 바나듐이온 배터리는 충전 방전할 때 열이 거의 안 나서 열을 식히지 않아도 되어 열이 발생해도 안전하고, 전해액으로 물을 사용하므로 물이 안 붙어 화재 및 폭발 위험이 없다.Vanadium-ion batteries have the characteristics of almost no fire risk, long life, and high energy efficiency. They are also evaluated as environmentally friendly due to their high recycling rate. Vanadium-ion batteries generate almost no heat when charging and discharging, so they do not need to be cooled down, making them safe even if heat is generated. Since they use water as an electrolyte, water does not stick, so there is no risk of fire or explosion.
바나듐이온 배터리는 발열이나 화재 위험이 없어서 배터리를 상하좌우 원하는 방향으로 연결할 수 있다. 바나듐이온 배터리는 에너지 저장장치용 시스템 단위로 구성하는 경우에도 리튬이온처럼 배터리 열을 식히기 위한 냉각 장치를 설치할 별도의 공간을 따로 만들 필요가 없다.Vanadium-ion batteries do not generate heat or risk fire, so the batteries can be connected in any direction, up, down, left, or right. Even when configuring vanadium-ion batteries as a system unit for energy storage devices, there is no need to create a separate space to install a cooling device to cool the battery heat, unlike lithium-ion.
이와 같은 바나듐이온 배터리를 이용하여 선박 추진에 필요한 에너지를 제공하면, 선박 추진에 따른 소음과 공해 물질이 발생하지 않는다. 이에 따라 바나듐이온 배터리와 유압 시스템을 결합한 선박 추진 장치의 개발이 요구되고 있다.If the energy required for ship propulsion is provided using vanadium-ion batteries like this, noise and pollutants will not be generated due to ship propulsion. Accordingly, the development of a ship propulsion device that combines vanadium-ion batteries and a hydraulic system is required.
본 발명은 바나듐이온 배터리로 프로펠러가 연결된 유압 시스템을 작동시켜 소음과 공해 물질 발생을 예방하는 선박 추진 장치 및 이를 포함하는 선박을 제공한다.The present invention provides a ship propulsion device that prevents noise and pollutant emissions by operating a hydraulic system connected to a propeller with a vanadium ion battery, and a ship including the same.
본 발명의 한 실시예에 따른 선박 추진 장치는 프로펠러를 회전시킬 수 있는 유압시스템, 입력 에너지를 전달받아 운동에너지로 변환하여 상기 유압시스템의 유압펌프를 구동시키는 전동모터 및 상기 전동모터의 구동을 위한 입력 에너지를 공급하는 바나듐이온 배터리를 포함한다.A ship propulsion device according to one embodiment of the present invention includes a hydraulic system capable of rotating a propeller, an electric motor that receives input energy and converts it into kinetic energy to drive a hydraulic pump of the hydraulic system, and a vanadium ion battery that supplies input energy for driving the electric motor.
상기 유압시스템은, 작동유가 저장될 수 있는 유압탱크, 상기 유압탱크 및 상기 전동모터와 연결되어 있고 상기 작동유를 압송하는 유압펌프, 상기 프로펠러와 연결되어 있고 상기 유압펌프로부터 압송된 상기 작동유에 의해 구동하여 상기 프로펠러를 회전시키는 유압모터, 상기 유압펌프와 상기 유압모터의 사이에 배치되어 상기 작동유의 흐름을 제어하는 컨트롤러, 상기 유압탱크에서 상기 유압펌프와 상기 컨트롤러를 경유하여 상기 유압모터와 연결된 작동유 공급라인 및 상기 유압펌프에서 상기 컨트롤러를 경유하여 상기 유압탱크와 연결된 작동유 회수라인을 포함할 수 있다.The above hydraulic system may include a hydraulic tank in which working fluid can be stored, a hydraulic pump connected to the hydraulic tank and the electric motor and supplying the working fluid, a hydraulic motor connected to the propeller and driven by the working fluid supplied from the hydraulic pump to rotate the propeller, a controller disposed between the hydraulic pump and the hydraulic motor and controlling the flow of the working fluid, a working fluid supply line connected to the hydraulic motor via the hydraulic pump and the controller from the hydraulic tank, and a working fluid return line connected to the hydraulic tank via the controller from the hydraulic pump.
상기 유압시스템은 상기 컨트롤러와 상기 유압탱크의 사이에서 상기 작동유 회수라인의 작동유를 냉각시키는 냉각유닛을 더 포함할 수 있다.The above hydraulic system may further include a cooling unit that cools the operating fluid in the operating fluid recovery line between the controller and the hydraulic tank.
상기 유압시스템은, 상기 컨트롤러와 상기 유압모터의 사이에서 상기 작동유 공급라인 및 상기 작동유 회수라인과 연결된 충격 방지용 밸브를 더 포함할 수 있다.The above hydraulic system may further include a shock prevention valve connected to the operating fluid supply line and the operating fluid return line between the controller and the hydraulic motor.
상기 유압시스템은, 상기 유압펌프와 상기 컨트롤러의 사이에서 상기 작동유 공급라인에 배치되어 있는 바이패스유닛을 더 포함할 수 있다.The above hydraulic system may further include a bypass unit disposed in the operating fluid supply line between the hydraulic pump and the controller.
상기 바이패스유닛은 상기 작동유 회수라인과 연결되어 있고, 상기 바이패스유닛은 상기 작동유의 유량을 제어하며 상기 유압펌프에서 공급되는 설정 값을 초과하는 상기 작동유를 상기 작동유 회수라인으로 유도할 수 있다.The above bypass unit is connected to the operating oil recovery line, and the bypass unit controls the flow rate of the operating oil and can guide the operating oil exceeding the set value supplied from the hydraulic pump to the operating oil recovery line.
상기 유압시스템은, 상기 유압펌프와 상기 유압탱크를 연결하고 있는 드로잉 체크유닛을 더 포함할 수 있다.The above hydraulic system may further include a drawing check unit connecting the hydraulic pump and the hydraulic tank.
상기 선박 추진 장치는 상기 프로펠러가 결합되어 있고 상기 유압모터와 연결되어 있는 감속기를 더 포함할 수 있다.The above ship propulsion device may further include a reducer coupled with the propeller and connected to the hydraulic motor.
상기 선박 추진 장치는 상기 바나듐이온 배터리와 분리할 수 있게 연결된 충전유닛을 더 포함할 수 있다.The above ship propulsion device may further include a charging unit detachably connected to the vanadium ion battery.
본 발명의 한 실시예에 따른 선박은 상기와 같이 기재된 선박 추진 장치, 그리고 상기 선박 추진 장치가 배치된 선박본체를 포함한다.A vessel according to one embodiment of the present invention includes a vessel propulsion device as described above and a vessel body on which the vessel propulsion device is arranged.
본 발명의 실시예에 따르면, 바나듐이온 배터리(300)에 저장된 전기 에너지로 작동하는 전동모터(200)를 이용하여 유압시스템(100)을 작동시켜 추진력을 얻으므로 선박 운행 시 경유, 디젤, 휘발유, 가스 따위의 화석연료를 사용하지 않으므로 소음과 공해 물질이 발생하지 않아 탈탄소화를 이루게 되어 친환경적이다.According to an embodiment of the present invention, the hydraulic system (100) is operated to obtain propulsion by using an electric motor (200) that operates on electric energy stored in a vanadium ion battery (300), so fossil fuels such as kerosene, diesel, gasoline, and gas are not used when operating the ship, so noise and pollutants are not generated, thereby achieving decarbonization and being environmentally friendly.
본 실시예에 따르면, 프로펠러가 연결된 감속기를 유압시스템으로 구동하여 추진력을 얻으므로 선박 운행 시 큰 힘을 얻을 수 있다. 이에 선박 운행이 향상되며 유압시스템(100)으로 운용되어 잔고장이 발생하지 않아 선박 유지 관리가 우수한 효과가 있다.According to this embodiment, since the propulsion force is obtained by driving the reducer connected to the propeller by the hydraulic system, a large force can be obtained when the ship is running. Accordingly, the ship's running is improved, and since it is operated by the hydraulic system (100), there is no occurrence of minor breakdowns, so there is an excellent effect in ship maintenance.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 선박의 선박 추진 장치를 나타낸 블록도.FIG. 1 is a block diagram showing a ship propulsion device of a ship according to one embodiment of the present invention.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings so that those skilled in the art can easily practice the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. Like parts are designated by the same reference numerals throughout the specification.
본 발명의 실시예에 따른 선박 추진 장치는 본 발명의 실시예인 선박에 적용될 수 있는 바, 이하에서는 선박 추진 장치가 적용된 선박 위주로 설명한다.A ship propulsion device according to an embodiment of the present invention can be applied to a ship that is an embodiment of the present invention. The following description focuses on a ship to which the ship propulsion device is applied.
그러면 본 발명의 한 실시예에 따른 선박에 대하여 도 1을 참고하여 설명한다.Then, a vessel according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 선박의 선박 추진 장치를 나타낸 블록도이다.FIG. 1 is a block diagram showing a ship propulsion device of a ship according to one embodiment of the present invention.
도 1을 참고하면, 본 실시예에 따른 선박은 물에서 뜰 수 있는 선박본체, 그리고 선박본체에 배치되어 선박본체를 이동시키는 선박 추진 방치(1)를 포함하며, 바나듐이온 배터리로 프로펠러가 연결된 유압 시스템을 구동시켜 연료 사용을 최소화하여 소음과 공해 물질 발생을 예방한다.Referring to Fig. 1, a ship according to the present embodiment includes a ship body that can float on water, and a ship propulsion device (1) disposed on the ship body and moving the ship body, and drives a hydraulic system connected to a propeller with a vanadium ion battery to minimize fuel usage and prevent noise and pollutant emissions.
선박본체는 선박의 전체적인 외형을 형성하며 물에 뜰 수 있다. 선박본체는 목제, 금속, 합성수지 따위로 만들어질 수 있다. 선박본체는 공지의 화물선, 화객선, 여객선, 군함, 어선 따위의 형상으로 형성될 수 있다.The ship body forms the overall appearance of the ship and can float on water. The ship body can be made of wood, metal, synthetic resin, etc. The ship body can be formed into the shape of a known cargo ship, passenger ship, passenger ship, warship, fishing boat, etc.
선박 추진 방치(1)는 유압시스템(100), 전동모터(200) 및 바나듐이온 배터리(300)를 포하며 선반본체가 이동할 수 있도록 추진력을 발생시킨다. 선박 추진 방치(1)는 충전유닛(400) 및 감속기(500)를 더 포함할 수 있다. 선박 추진 방치(1)는 선박의 내부에 배치되어 선수에서 선미 방향으로 배열되어 있다.The ship propulsion unit (1) includes a hydraulic system (100), an electric motor (200), and a vanadium ion battery (300) and generates propulsion force to enable the main body of the ship to move. The ship propulsion unit (1) may further include a charging unit (400) and a reducer (500). The ship propulsion unit (1) is arranged inside the ship and is arranged in a direction from the bow to the stern.
바나듐이온 배터리(300)는 바나듐(Vanadium)을 촉매제로 사용한다. 바나듐이온 배터리(300)는 생산된 전기 에너지를 저장할 수 있다. 바나듐이온 배터리(300)는 에너지 저장장치(Energy Storage System; ESS) 구조를 갖는다. 바나듐이온 배터리(300)의 세부적인 구성은 공지된 구성의 바나듐이온 배터리와 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다.The vanadium ion battery (300) uses vanadium as a catalyst. The vanadium ion battery (300) can store the produced electric energy. The vanadium ion battery (300) has an energy storage system (ESS) structure. The detailed configuration of the vanadium ion battery (300) is the same as that of a vanadium ion battery of a known configuration, so a detailed description is omitted.
충전유닛(400)은 바나듐이온 배터리(300)와 연결되어 있다. 충전유닛(400)은 바나듐이온 배터리(300)에 전기 에너지를 충전할 수 있다. 충전유닛(400)은 바나듐이온 배터리(300)에 전기 에너지를 완속 또는 급속으로 충전할 수 있다.The charging unit (400) is connected to the vanadium ion battery (300). The charging unit (400) can charge electric energy to the vanadium ion battery (300). The charging unit (400) can slowly or rapidly charge electric energy to the vanadium ion battery (300).
전동모터(200)는 바나듐이온 배터리(300)와 전기적으로 연결되어 저장된 전기 에너지를 공급받아 작동할 수 있다. 전동모터(200)는 전기 에너지로 회전운동을 발생시킨다. 전동모터(200)는 별도의 시동장치(도시하지 않음)와 연결되어 있다. 시동장치에 의해 전동모터(200)는 온/오프되어 구동할 수 있다.The electric motor (200) is electrically connected to a vanadium ion battery (300) and can operate by receiving stored electric energy. The electric motor (200) generates rotational motion using electric energy. The electric motor (200) is connected to a separate starting device (not shown). The electric motor (200) can be driven by turning it on/off by the starting device.
감속기(500)는 유압시스템(100)을 통해 전동모터(200)와 연결되어 있다. 감속기(500)는 케이싱과 치차들로 이루어져 있다. 감속기(500)는 치차들의 조합으로 전동모터(200)에 의해 유압시스템(100)에서 발생한 회전력을 가감할 수 있다.The reducer (500) is connected to the electric motor (200) through the hydraulic system (100). The reducer (500) is composed of a casing and gears. The reducer (500) can increase or decrease the rotational force generated in the hydraulic system (100) by the electric motor (200) through a combination of gears.
감속기(500)에는 치차들과 연결된 샤프트(501)가 케이싱의 외부로 돌출되어 있다. 샤프트(501)의 끝은 선박본체의 외부로 노출될 수 있다. 샤프트(501)의 끝에는 프로펠러(600)가 결합되어 있다. 프로펠러(600)는 복수의 날개로 이루어져 있으며 선박이 이동할 수 있는 추진력을 발생시킨다. 프로펠러(600)의 후방에는 선박본체와 연결되어 진행 방향을 결정하는 방향타(도시하지 않음)가 배치되어 있다. 그러나 방향타는 생략될 수 있다.The reducer (500) has a shaft (501) connected to the gears and protruding outside the casing. The end of the shaft (501) may be exposed to the outside of the ship body. A propeller (600) is coupled to the end of the shaft (501). The propeller (600) is composed of a plurality of blades and generates propulsive force that enables the ship to move. A rudder (not shown) that is connected to the ship body and determines the direction of travel is arranged at the rear of the propeller (600). However, the rudder may be omitted.
유압시스템(100)은 유압탱크(110), 유압펌프(120), 유압모터(130), 컨트롤러(140), 작동유 공급라인(101) 및 작동유 회수라인(102)을 포함한다. 유압시스템(100)은 냉각유닛(150), 충격 방지용 밸브(160), 바이패스유닛(170) 및 드로잉 체크유닛(180)을 더 포함할 수 있다.The hydraulic system (100) includes a hydraulic tank (110), a hydraulic pump (120), a hydraulic motor (130), a controller (140), an operating fluid supply line (101), and an operating fluid return line (102). The hydraulic system (100) may further include a cooling unit (150), a shock prevention valve (160), a bypass unit (170), and a drawing check unit (180).
유압탱크(110)는 작동유를 저장할 수 있는 공간이 형성되어 있다. 유압탱크(110)에는 공간으로 작동유를 저장할 수 있는 주유홀, 저장된 작동유를 배출하는 배출홀 및 복수의 회수홀이 형성되어 있다. 회수홀은 유압시스템(100)을 유동한 작동유가 유입되는 홀이다.The hydraulic tank (110) is formed with a space capable of storing operating fluid. The hydraulic tank (110) is formed with a fuel hole capable of storing operating fluid in the space, a discharge hole for discharging the stored operating fluid, and a plurality of recovery holes. The recovery hole is a hole into which operating fluid flowing through the hydraulic system (100) flows.
유압펌프(120)는 작동유 공급라인(101)으로 유압탱크(110)와 연결되어 있다. 유압펌프(120)는 전동모터(200)의 구동축과 결합되어 있다. 전동모터(200)의 회전운동에 의해 유압펌프(120)는 작동한다. 이에 유압펌프(120)는 전동모터(200)의 회전운동 에너지를 작동유의 압력 에너지로 변환한다. 유압펌프(120)는 고압(1㎠당 50∼200kg 정도)을 발생시킬 수 있다. 유압탱크(110)의 작동유는 유압펌프(120)의 구동으로 유동할 수 있다. 이와 같은 유압펌프(120)는 기어형, 베인형, 회전피스톤형, 왕복피스톤형 중 어느 하나를 포함할 수 있다.The hydraulic pump (120) is connected to the hydraulic tank (110) by the operating fluid supply line (101). The hydraulic pump (120) is coupled to the drive shaft of the electric motor (200). The hydraulic pump (120) operates by the rotational motion of the electric motor (200). Accordingly, the hydraulic pump (120) converts the rotational motion energy of the electric motor (200) into the pressure energy of the operating fluid. The hydraulic pump (120) can generate high pressure (approximately 50 to 200 kg per 1㎠). The operating fluid of the hydraulic tank (110) can flow by driving the hydraulic pump (120). Such a hydraulic pump (120) can include any one of a gear type, a vane type, a rotary piston type, and a reciprocating piston type.
유압모터(130)는 구동축으로 감속기(500)와 연결되어 있다. 유압모터(130)는 작동유 공급라인(101)으로 유압펌프(120)와 연결되어 있다. 압송된 작동유의 고압에 의해 유압모터(130)는 회전운동을 할 수 있다. 유압모터(130)의 회전운동으로 감속기(500)가 구동하여 샤프트(501)가 회전할 수 있다. 프로펠러(600)는 샤프트(501)를 따라 회전하면서 추진력을 일으킬 수 있다.The hydraulic motor (130) is connected to the reducer (500) by the drive shaft. The hydraulic motor (130) is connected to the hydraulic pump (120) by the operating fluid supply line (101). The hydraulic motor (130) can rotate by the high pressure of the supplied operating fluid. The rotational motion of the hydraulic motor (130) drives the reducer (500) to rotate the shaft (501). The propeller (600) can generate propulsive force by rotating along the shaft (501).
한편, 유압모터(130)는 작동유 회수라인(102)을 통해 유압탱크(110)와 연결될 수 있다. 이에 유압모터(130)에서 사용된 작동유는 작동유 회수라인(102)을 통해 유압탱크(110)로 회수될 수 있다.Meanwhile, the hydraulic motor (130) can be connected to the hydraulic tank (110) through the operating oil recovery line (102). Accordingly, the operating oil used in the hydraulic motor (130) can be recovered to the hydraulic tank (110) through the operating oil recovery line (102).
컨트롤러(140)는 유로가 형성되어 있는 케이싱, 유로에 이동 가능하게 배치되어 있고 작동유의 유동을 제어하는 스풀 및 케이싱에 배치되어 스풀과 연결되어 있는 레버를 포함한다.The controller (140) includes a casing in which a flow path is formed, a spool movably arranged in the flow path and controlling the flow of operating fluid, and a lever arranged in the casing and connected to the spool.
컨트롤러(140)는 유압펌프(120)와 유압모터(130)의 사이에 배치되어 작동유 공급라인(101) 및 작동유 회수라인(102)과 연결되어 있다. 유압펌프(120)에서 유압모터(130)로 유동하는 작동유 및 유압모터(130)에서 유압탱크(110)로 회수되는 작동유가 케이싱의 유로를 통과할 수 있다. 레버의 조작(전진, 중립, 후진)으로 스풀은 케이싱의 내부에서 움직일 수 있으며 작동유의 유동을 끊거나 흐를 수 있도록 제어한다. 이에 컨트롤러(140)를 통해 작동유의 유동이 제어되어 유압모터(130)는 작동하거나 멈출 수 있다.The controller (140) is arranged between the hydraulic pump (120) and the hydraulic motor (130) and is connected to the operating fluid supply line (101) and the operating fluid return line (102). The operating fluid flowing from the hydraulic pump (120) to the hydraulic motor (130) and the operating fluid returning from the hydraulic motor (130) to the hydraulic tank (110) can pass through the flow path of the casing. By operating the lever (forward, neutral, backward), the spool can move inside the casing and control the flow of the operating fluid to be cut off or allowed to flow. Accordingly, the flow of the operating fluid is controlled through the controller (140), and the hydraulic motor (130) can be operated or stopped.
냉각유닛(150)은 수냉 또는 공냉 구조를 포함할 수 있다. 냉각유닛(150)은 컨트롤러(140)와 유압탱크(110)의 사이에 위치하여 작동유 회수라인(102)에 배치되어 있다. 유압모터(130)를 구동한 작동유는 컨트롤러(140)와 냉각유닛(150)을 경유하여 유압탱크(110)로 회수될 수 있다. 작동유는 냉각유닛(150)의 열매체와 열교환으로 냉각되어 회수될 수 있다.The cooling unit (150) may include a water-cooling or air-cooling structure. The cooling unit (150) is positioned between the controller (140) and the hydraulic tank (110) and is arranged in the operating fluid recovery line (102). The operating fluid that drives the hydraulic motor (130) may be recovered to the hydraulic tank (110) via the controller (140) and the cooling unit (150). The operating fluid may be cooled and recovered by heat exchange with the heat medium of the cooling unit (150).
바이패스유닛(170)은 컨트롤러(140)와 유압펌프(120)의 사이에 위치하여 작동유 공급라인(101)에 배치되어 있다. 또한 바이패스유닛(170)은 작동유 우회라인(171)을 통해 냉각유닛(150)과 연결되어 있다. 그러나 작동유 우회라인(171)은 작동유 회수라인(102)과 연결될 수 있다.The bypass unit (170) is positioned between the controller (140) and the hydraulic pump (120) and is arranged in the operating oil supply line (101). In addition, the bypass unit (170) is connected to the cooling unit (150) through the operating oil bypass line (171). However, the operating oil bypass line (171) may be connected to the operating oil recovery line (102).
바이패스유닛(170)은 유압펌프(120)에서 컨트롤러(140), 유압모터(130)로 유동하는 작동유의 유량을 제어할 수 있다. 유압펌프(120)의 작동유는 바이패스유닛(170)에서 설정된 유량 값 만이 컨트롤러(140)와 유압모터(130)로 유동한다. 설정된 유량 값 이외의 작동유는 작동유 우회라인(171)을 통해 유압탱크(110)로 회수될 수 있다.The bypass unit (170) can control the flow rate of the operating fluid flowing from the hydraulic pump (120) to the controller (140) and the hydraulic motor (130). Only the flow rate value set in the bypass unit (170) of the operating fluid of the hydraulic pump (120) flows to the controller (140) and the hydraulic motor (130). The operating fluid other than the set flow rate value can be returned to the hydraulic tank (110) through the operating fluid bypass line (171).
한편, 컨트롤러(140)의 조작으로 유압펌프(120)의 작동유가 유압모터(130)에 공급될 때 작동유가 급격하게 가변되면서 충격압이 발생된다. 충격압에 의해 유압모터(130), 작동유 공급라인(101) 등에서 소음이 발생하며 파손될 수 있다. 이에 유압모터(130)와 컨트롤러(140)를 연결하고 있는 작동유 공급라인(101) 부분에 충격 방지용 밸브(160)를 설치하여 작동유의 유동이 급격하게 가변되지 않도록 하여 충격이 발생되지 않도록 한다.Meanwhile, when the operating fluid of the hydraulic pump (120) is supplied to the hydraulic motor (130) by the operation of the controller (140), the operating fluid changes rapidly, generating shock pressure. The shock pressure may cause noise and damage to the hydraulic motor (130), operating fluid supply line (101), etc. Accordingly, a shock prevention valve (160) is installed in the operating fluid supply line (101) connecting the hydraulic motor (130) and the controller (140) to prevent the flow of operating fluid from changing rapidly, thereby preventing shock from occurring.
또한 충격 방지용 밸브(160)는 유압모터(130)와 컨트롤러(140)의 사이에서 작동유 회수라인(102)과 연결되어 있다. 이에 작동유 회수라인(102)에서 작동유의 유동이 급격하게 가변되지 않도록 하여 충격이 발생되지 않도록 한다.In addition, a shock-prevention valve (160) is connected to the operating oil recovery line (102) between the hydraulic motor (130) and the controller (140). This prevents the flow of operating oil in the operating oil recovery line (102) from changing abruptly, thereby preventing shock from occurring.
충격 방지용 밸브(160)에 의해 유압모터(130), 작동유 공급라인(101), 작동유 회수라인(102), 컨트롤러(140) 등에서 작동유의 유동이 급격하게 가변되지 않는다.The flow of operating fluid in the hydraulic motor (130), operating fluid supply line (101), operating fluid return line (102), controller (140), etc. is not changed abruptly by the shock-prevention valve (160).
드로잉 체크유닛(180)은 작동유 드로잉라인(181) 및 체크밸브(182)를 포함하며 유압펌프(120)의 작동유가 유압탱크(110)로 유동할 수 있도록 한다.The drawing check unit (180) includes a working oil drawing line (181) and a check valve (182) and allows the working oil of the hydraulic pump (120) to flow into the hydraulic tank (110).
작동유 드로잉라인(181)은 유압펌프(120)와 유압탱크(110)를 연결하고 있다. 체크밸브(182)는 작동유 드로잉라인(181)에 배치되어 있다. 체크밸브(182)는 유압탱크(110)의 작동유가 작동유 드로잉라인(181)을 통해 유압펌프(120)로 유동하는 것을 방지한다. 유압펌프(120)의 작동유는 체크밸브(182)의 제어로 작동유 드로잉라인(181)을 통해 유압탱크(110)로 회수될 수 있다.The operating fluid drawing line (181) connects the hydraulic pump (120) and the hydraulic tank (110). A check valve (182) is arranged in the operating fluid drawing line (181). The check valve (182) prevents the operating fluid of the hydraulic tank (110) from flowing to the hydraulic pump (120) through the operating fluid drawing line (181). The operating fluid of the hydraulic pump (120) can be returned to the hydraulic tank (110) through the operating fluid drawing line (181) under the control of the check valve (182).
한편, 본 실시예에 따른 작동유 공급라인(101)에는 안전밸브(도시하지 않음)가 설치될 수 있다. 안전밸브는 최대압력을 한정하며 작동유 공급라인(101)이 최대압력이 되면 자동적으로 열리면서 작동유를 방출하여 압력을 감소시킬 수 있다.Meanwhile, a safety valve (not shown) may be installed in the operating oil supply line (101) according to the present embodiment. The safety valve limits the maximum pressure and automatically opens when the operating oil supply line (101) reaches the maximum pressure, thereby releasing the operating oil and reducing the pressure.
다음은 위에서 설명한 선박의 작용에 대하여 설명한다.The following describes the operation of the vessel as described above.
충전유닛(400)을 통해 바나듐이온 배터리(300)는 충전되어 전기 에너지를 저장하고 있다. 바이패스유닛(170)은 작동유의 유량 값이 설정되어 있다. 그리고 컨트롤러(140)의 레버는 중립 상태를 유지하고 있다.The vanadium ion battery (300) is charged and stores electric energy through the charging unit (400). The bypass unit (170) has a set flow rate value of the operating fluid. And the lever of the controller (140) is maintained in a neutral state.
시동장치를 통해 전동모터(200)에 바나듐이온 배터리(300)의 전기 에너지가 공급되면 전동모터(200)는 회전운동을 발생시킨다. 유압펌프(120)는 작동하며 유압탱크(110)의 작동유를 컨트롤러(140)로 유동시킨다. 컨트롤러(140)의 스풀이 중립 상태를 유지하고 있으므로 작동유는 유압모터(130)로 유동하지 못한다. 이때 유압펌프(120)는 계속 작동하고 있으므로 유압펌프(120)의 작동유는 드로잉 체크유닛(180)을 통해 유압탱크(110)로 회수된다.When electric energy of a vanadium ion battery (300) is supplied to an electric motor (200) through a starter, the electric motor (200) generates a rotational motion. The hydraulic pump (120) operates and causes the operating fluid of the hydraulic tank (110) to flow to the controller (140). Since the spool of the controller (140) is maintained in a neutral state, the operating fluid does not flow to the hydraulic motor (130). At this time, since the hydraulic pump (120) continues to operate, the operating fluid of the hydraulic pump (120) is recovered to the hydraulic tank (110) through the drawing check unit (180).
컨트롤러(140)의 스풀이 전진 상태가 되면 유압펌프(120)의 작동유는 유압모터(130)로 유동한다. 이때 바이패스유닛(170)에 설정된 유량 값의 작동유는 유압펌프(120)로 유동하며, 설정된 유량 값을 초과한 작동유는 작동유 우회라인(171)을 유압탱크(110)로 회수된다.When the spool of the controller (140) is in the forward state, the operating fluid of the hydraulic pump (120) flows to the hydraulic motor (130). At this time, the operating fluid at the flow rate set in the bypass unit (170) flows to the hydraulic pump (120), and the operating fluid exceeding the set flow rate is returned to the hydraulic tank (110) through the operating fluid bypass line (171).
충격 방지용 밸브(160)에 의해 유압모터(130)로 유동하는 작동유는 급격하게 가변되지 않는다. 이에 작동유에 의한 충격압이 유압모터(130)에 가해지지 않아 유압모터(130)가 보호된다.The operating fluid flowing to the hydraulic motor (130) by the shock-prevention valve (160) does not change abruptly. Accordingly, the shock pressure due to the operating fluid is not applied to the hydraulic motor (130), so the hydraulic motor (130) is protected.
유압모터(130)는 작동유에 의해 구동하여 감속기(500)를 구동하여 프로펠러(600)를 회전시켜 추진력을 발생시킨다. 선박은 이동할 수 있다.The hydraulic motor (130) is driven by operating fluid to drive the reducer (500) to rotate the propeller (600) and generate propulsive force. The ship can move.
유압모터(130)를 구동 시키는 작동유는 온도가 상승한 상태에서 작동유 회수라인(102)을 통해 충격 방지용 밸브(160) 및 컨트롤러(140)를 통해 냉각유닛(150)으로 유동한다. 냉각유닛(150)은 열매체와 작동유를 열 교환시켜 작동유의 온도를 낮춘다. 작동유는 유압탱크(110)로 회수되어 저장된 후 다시 유압펌프(120)를 통해 유압모터(130)로 유동할 수 있다.The operating fluid that drives the hydraulic motor (130) flows to the cooling unit (150) through the shock prevention valve (160) and the controller (140) through the operating fluid recovery line (102) while the temperature is elevated. The cooling unit (150) lowers the temperature of the operating fluid by exchanging heat between the heat medium and the operating fluid. The operating fluid is recovered and stored in the hydraulic tank (110) and then can flow to the hydraulic motor (130) again through the hydraulic pump (120).
이와 같은 선박 추진 장치(1)는 디젤엔진을 대처할 장치로 1000 마력 대비 바나듐이온 배터리(300)에 의해 구동하는 전동모터(200)는 500 마력 시너지 효과를 얻을 수 있다.Such a ship propulsion device (1) is a device that can replace a diesel engine, and an electric motor (200) driven by a vanadium ion battery (300) with 1,000 horsepower can achieve a synergy effect of 500 horsepower.
본 실시예에 따르면 바나듐이온 배터리(300)에 저장된 전기 에너지로 작동하는 전동모터(200)를 이용하여 유압시스템(100)을 작동시켜 추진력을 얻으므로 선박 운행 시 경유, 디젤, 휘발유, 가스 따위의 화석연료를 사용하지 않으므로 소음과 공해 물질이 발생하지 않아 친환경적이다.According to this embodiment, the hydraulic system (100) is operated to obtain propulsion by using an electric motor (200) that operates on electric energy stored in a vanadium ion battery (300), so fossil fuels such as kerosene, diesel, gasoline, or gas are not used when operating the ship, so noise and pollutants are not generated, making it environmentally friendly.
본 실시예에 따르면, 프로펠러(600)가 연결된 감속기(500)를 유압시스템(100)으로 구동하여 추진력을 얻으므로 선박 운행 시 큰 힘을 얻을 수 있다. 이에 선박 운행이 향상되며 유압시스템(100)으로 운용되어 잔고장이 발생하지 않아 선박 유지 관리가 우수한 효과가 있다.According to this embodiment, since the propulsion force is obtained by driving the reducer (500) connected to the propeller (600) by the hydraulic system (100), a large force can be obtained when the ship is operated. Accordingly, the ship operation is improved, and since the ship is operated by the hydraulic system (100), there is no occurrence of minor breakdowns, so there is an excellent effect in ship maintenance.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements made by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims also fall within the scope of the present invention.
1: 선박 추진 장치 100: 유압시스템
101: 작동유 공급라인 102: 작동유 회수라인
110: 유압탱크 120: 유압펌프
130: 유압모터 140: 컨트롤러
150: 냉각유닛 160: 충격 방지용 밸브
170: 바이패스유닛 171: 작동유 우회라인
180: 드로잉 체크유닛 181: 작동유 드로잉라인
182: 라인 체크밸브 200: 전동모터
300: 바나듐이온 배터리 400: 충전유닛
500: 감속기 501: 샤프트
600: 프로펠러1: Ship propulsion system 100: Hydraulic system
101: Operating oil supply line 102: Operating oil return line
110: Hydraulic tank 120: Hydraulic pump
130: Hydraulic motor 140: Controller
150: Cooling unit 160: Shock-prevention valve
170: Bypass unit 171: Operating oil bypass line
180: Drawing check unit 181: Operating oil drawing line
182: Line check valve 200: Electric motor
300: Vanadium ion battery 400: Charging unit
500: Reducer 501: Shaft
600: Propeller
Claims (9)
입력 에너지를 전달받아 운동에너지로 변환하여 상기 유압시스템의 유압펌프를 구동시키는 전동모터 및
상기 전동모터의 구동을 위한 입력 에너지를 공급하는 바나듐이온 배터리
를 포함하며,
상기 유압시스템은,
작동유가 저장될 수 있는 유압탱크,
상기 유압탱크 및 상기 전동모터와 연결되어 있고 상기 작동유를 압송하는 유압펌프,
상기 프로펠러와 연결되어 있고 상기 유압펌프로부터 압송된 상기 작동유에 의해 구동하여 상기 프로펠러를 회전시키는 유압모터,
상기 유압펌프와 상기 유압모터의 사이에 배치되어 상기 작동유의 흐름을 제어하는 컨트롤러,
상기 유압탱크에서 상기 유압펌프와 상기 컨트롤러를 경유하여 상기 유압모터와 연결된 작동유 공급라인
상기 유압펌프에서 상기 컨트롤러를 경유하여 상기 유압탱크와 연결된 작동유 회수라인 및
상기 유압시스템은, 상기 유압펌프와 상기 컨트롤러의 사이에서 상기 작동유 공급라인에 배치되어 있는 바이패스유닛을 포함하며,
상기 바이패스유닛은 상기 작동유 회수라인과 연결되어 있고, 상기 바이패스유닛은 상기 작동유의 유량을 제어하며 상기 유압펌프에서 공급되는 설정 값을 초과하는 상기 작동유를 상기 작동유 회수라인으로 유도하는
선박 추진 장치.A hydraulic system that can rotate the propeller,
An electric motor that receives input energy and converts it into kinetic energy to drive the hydraulic pump of the hydraulic system.
Vanadium ion battery that supplies input energy for driving the above electric motor
Including,
The above hydraulic system,
A hydraulic tank in which operating fluid can be stored;
A hydraulic pump connected to the above hydraulic tank and the above electric motor and supplying the operating fluid,
A hydraulic motor connected to the propeller and driven by the operating fluid supplied from the hydraulic pump to rotate the propeller;
A controller positioned between the hydraulic pump and the hydraulic motor to control the flow of the operating fluid;
An operating oil supply line connected to the hydraulic motor through the hydraulic pump and the controller in the hydraulic tank
A working oil recovery line connected to the hydraulic tank via the controller from the above hydraulic pump and
The above hydraulic system includes a bypass unit arranged in the operating fluid supply line between the hydraulic pump and the controller,
The above bypass unit is connected to the operating oil recovery line, and the bypass unit controls the flow rate of the operating oil and guides the operating oil exceeding the set value supplied from the hydraulic pump to the operating oil recovery line.
Ship propulsion system.
상기 유압시스템은 상기 컨트롤러와 상기 유압탱크의 사이에서 상기 작동유 회수라인의 작동유를 냉각시키는 냉각유닛을 더 포함하는 선박 추진 장치.In paragraph 1,
A ship propulsion device wherein the above hydraulic system further includes a cooling unit that cools the operating oil in the operating oil recovery line between the controller and the hydraulic tank.
상기 유압시스템은, 상기 컨트롤러와 상기 유압모터의 사이에서 상기 작동유 공급라인 및 상기 작동유 회수라인과 연결된 충격 방지용 밸브를 더 포함하는 선박 추진 장치.In paragraph 3,
A ship propulsion device, wherein the hydraulic system further includes a shock-prevention valve connected to the operating oil supply line and the operating oil return line between the controller and the hydraulic motor.
상기 유압시스템은, 상기 유압펌프와 상기 유압탱크를 연결하고 있는 드로잉 체크유닛을 더 포함하는 선박 추진 장치.In paragraph 1,
A ship propulsion device, wherein the above hydraulic system further includes a drawing check unit connecting the hydraulic pump and the hydraulic tank.
상기 프로펠러가 결합되어 있고 상기 유압모터와 연결되어 있는 감속기를 더 포함하는 선박 추진 장치.In paragraph 1,
A ship propulsion device further comprising a reducer coupled with the above propeller and connected to the above hydraulic motor.
상기 바나듐이온 배터리와 분리할 수 있게 연결된 충전유닛을 더 포함하는 선박 추진 장치.In paragraph 1,
A ship propulsion device further comprising a charging unit detachably connected to the vanadium ion battery.
상기 선박 추진 장치가 배치된 선박본체
를 포함하는 선박.A ship propulsion device as defined in any one of clauses 1, 3, 4, 6 to 8, and
The ship body in which the above ship propulsion device is placed
A vessel containing:
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