모터/발전기 전환 가능한 풍력발전 선박시스템{SWITCHABLE WIND-POWER GENERATING SYSTEM}

본 발명은 모터/발전기 전환 가능한 풍력발전 선박시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박의 추진력에 의해 발생되는 풍력과 해풍을 이용하여 전기에너지를 생산하고 이를 선박용 전기에너지로 전환하여 사용할 수 있는 모터/발전기 전환 가능한 풍력발전 선박시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 선박은 물, 파도, 공기의 저항을 받는다. 여기서 공기 저항은 물, 파도의 저항보다는 작은 비중을 차지하지만 선박의 속도를 높이거나 강한 해풍을 맞게 되면 연료 소모가 증가한다.

특히, 화물을 운송하는 선박의 경우에는 갑판의 선수 및 선미로부터 돌출된 구조물에 의해 연료 소모가 더욱 증가한다.

상기 돌출된 구조물을 살펴보면, 선박의 선수측에는 설치되어 화물을 운반하기 위한 크레인이 설치되고, 선미측에는 선원들이 생활하는 거주구와, 선박의 안전한 운항을 위한 네비게이션 브리지 데크(navigation bridge deck)가 상당한 높이로 설치된다.

따라서, 상기 구조물들이 바람에 의해 큰 저항을 받게 되면, 선박을 운항하기 위한 에너지 효율이 떨어지므로 그에 따른 선박 운용비용을 크게 상승시키는 문제점이 있었다

최근에는 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 방안으로 선박의 추진력과 해풍을 이용하여 전기에너지를 생산하기 위한 선박용 풍력 시스템이 개발되고 있다.

이하, 도 1을 참조하여 종래기술의 선박용 풍력 시스템에 대하여 설명한다.

도시한 바와 같이, 종래기술에 따른 선박용 풍력 시스템은 선박의 갑판 위로 돌출되는 거주구(10)와, 상기 거주구(10)에 형성되는 보이드 스페이스(void space, 20)와, 상기 보이드 스페이스(20) 내에 설치되는 프로펠러(30)와, 상기 프로펠러(30)에 의해 발생된 전류를 축적하는 축전기(미도시)를 포함하여 구성된다.

그러나, 종래기술에 따른 선박용 풍력 시스템은 상기 프로펠러(30)가 설치되는 보이드 스페이스(20)를 확보하기 위하여 거주구(10)를 2층 구조로 변경하고, 상기 프로펠러(30)를 지지하는 구조물을 설치해야 하는 초기 투자비용이 크게 발생하는 문제점이 있었다.

또한, 선박의 주위에서 불어오는 바람에 의해 회전하는 프로펠러(30)는, 단지 보이드 스페이스(20)로 유입되는 바람의 영향력만으로 풍력발전기의 발전효율을 높이는 데에는 한계가 있었다.

또한, 상기 프로펠러(30)는 선원들이 생활하는 거주구(10) 내에 설치되기 때문에 많은 소음을 발생시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 발명의 목적은 별도의 보이드 스페이스 공간을 형성하거나 프로펠러를 지지하기 위한 구조물을 설치할 필요없이 기존 화물운송용 선박의 구조물을 이용하여 설치비용을 절감시킬 수 있을 뿐만 아니라, 선박의 추진력과 해풍을 이용한 풍력발전기의 발전효율을 한층 향상시킬 수 있는 모터/발전기 전환 가능한 풍력발전 선박시스템을 제공하는 데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 모터/발전기 전환 가능한 풍력발전 선박시스템은,

선박의 선수측 갑판 위로 돌출되는 복수의 데크 크레인;

상기 선박의 선미측 갑판 위로 돌출되는 거주구; 및,

선박의 안전한 운항을 위해 설치되는 네비게이션 브리지 데크를 포함하며,

상기 데크 크레인에 설치되어 선박의 추진력에 의해 발생되는 풍력과 해풍을 이용하여 전력을 생산하는 풍력발전기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 풍력발전기는,

선박 운행방향으로 데크 크레인의 정면 또는 후면에 각각 설치되며 바람에 의해 회전하는 프로펠러와,

상기 데크 크레인 내에 설치되며 프로펠러의 회전력을 전달받는 기어박스와,

상기 기어박스의 구동력으로부터 전류를 발생시키는 고정자를 구비한 모터발전부와,

상기 모터발전부에 의해 발생된 전류를 교류전류로 변환시키는 풍력인버터로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 기어박스는,

상기 프로펠러의 회전중심에 연결되는 제1 회전기어와, 상기 제1 회전기어와 직교하는 방향으로 연결되어 상기 모터발전부에 연결되는 제2 회전기어와, 상기 제1 회전기어와 제2 회전기어를 보호하는 케이스로 구성된 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 제2 회전기어의 둘레에는 상기 모터발전부와의 연결을 선택적으로 단속하는 커플링이 추가적으로 설치된 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 풍력인버터는 선박의 발전기와 병렬 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 프로펠러는 데크 크레인의 상단부보다 낮은 위치에 설치되는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 상기 풍력발전기가 데크 크레인의 상부에 설치됨으로써, 상기 프로펠러를 설치하기 위한 별도의 공간과 지지구조물을 각각 마련할 필요가 없을 뿐만 아니라, 거주구보다 높은 위치에 설치된 프로펠러는 풍속의 영향력에 의해 빠르게 회전할 수 있으므로 전류생산을 위한 발전효율성을 한층 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 풍력발전기는 제2 회전기어와 모터발전부와의 연결을 선택적으로 단속하는 커플링을 구성함으로써, 선박이 운항할 때, 상기 커플링을 통해 기어박스와 연결되어 전류를 발생시키는 발전기의 역할과, 선박이 정박한 상태에서 크레인부를 이용한 하차작업시 유압의 압력을 공급하는 모터의 역할을 각각 수행할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 선박용 풍력 시스템을 나타낸 정면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모터/발전기 전환 가능한 풍력발전 선박시스템이 적용된 선박을 나타낸 측면도이다.
도 3은 도 2의 데크 크레인에 풍력발전기가 설치된 구조를 나타낸 측면도이다.
도 4는 도 3의 확대도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 모터/발전기 전환 가능한 풍력발전 선박시스템의 풍력인버터의 병렬연결 구조를 나타낸 개략도이다.

이하, 첨부된 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 모터/발전기 전환 가능한 풍력발전 선박시스템은, 선박의 선수측 갑판 위로 돌출되는 복수의 데크 크레인(100)과, 상기 선박의 선미측 갑판 위로 돌출되는 거주구(200)와, 선박의 안전한 운항을 위해 설치되는 네비게이션 브리지 데크(300)와, 상기 데크 크레인(100)에 설치되어 선박의 추진력에 의해 발생되는 풍력과 해풍을 이용하여 전력을 생산하는 풍력발전기(400)를 포함하여 구성된다.

먼저, 상기 데크 크레인(100)은 선박의 선수측 갑판 위로 돌출되는 것으로, 대형 화물을 선박에 탑재시키거나 하차시키는 역할을 수행한다.

이러한 상기 데크 크레인(100)은 선박은 갑판 위에 수직하게 세워지는 기둥부(110)와, 상기 기둥부(110)의 상단에 설치되며 유압의 힘을 이용하여 대형 화물을 옮기는 크레인부(120)로 구성된다.

상기 기둥부(110)는 크레인부(120)를 안정적으로 지지하는 역할을 수행하며, 상기 크레인부(120)는 유압식 구동장치로서 이 유압식 구동장치는 고중량 화물 또는 기계 등을 들어올리는 큰 힘을 전달하기 때문에 다양한 산업분야에서 널리 사용되는 공지기술이므로, 그 구체적인 구성 및 작용설명은 생략한다.

특히, 본 발명에 따른 데크 크레인(100)의 상부에는 선박의 추진력에 의해 발생되는 풍력과 해풍을 이용하여 전력을 생산하는 풍력발전기(400)가 설치된다.

구체적으로, 도 3과 도 4에 도시한 바와 같이 상기 풍력발전기(400)는 선박 운행방향으로 데크 크레인(100)의 정면 또는 후면에 각각 설치되어 바람에 의해 회전하는 프로펠러(410)와, 상기 데크 크레인(100) 내에 설치되며 프로펠러(410)의 회전력을 전달받는 기어박스(420)와, 상기 기어박스(420)의 구동력으로부터 전류를 발생시키는 고정자(431)를 구비한 모터발전부(430)와, 상기 모터발전부(430)에 의해 발생된 전류를 교류전류로 변환시키는 풍력인버터(440)로 구성된다.

즉, 상기 풍력발전기(400)는 데크 크레인(100)의 상부에 설치됨으로써, 상기 프로펠러(410)를 설치하기 위한 별도의 공간과 지지구조물을 각각 마련할 필요가 없을 뿐만 아니라, 거주구(200)보다 높은 위치에 설치된 프로펠러(410)는 풍속의 영향력에 의해 빠르게 회전할 수 있으므로 전류생산을 위한 발전효율성을 한층 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

상기 프로펠러(410)는 바람에 의해 회전하는 것으로, 유선형으로 이루어진 다수의 날개들이 원주방향으로 연결된 구조이다.

그리고, 상기 프로펠러(410)는 데크 크레인(100)의 상단부보다 낮은 위치에 설치하는 것이 바람직하다.

이는, 네비게이션 테크에 위치한 조타실에서 바라보는 관측자의 관측 시야가 상기 프로펠러(410)에 의해 가려지지 않도록 하기 위함이다.

상기 기어박스(420)는 상기 데크 크레인(100) 내에 설치되는 것으로, 상기 프로펠러(410)로부터 회전력을 전달받고 다시 상기 모터발전부(430)로 전달하는 매개체의 역할을 수행한다.

이러한 상기 기어박스(420)는 상기 프로펠러(410)의 회전중심에 연결되는 제1 회전기어(421)와, 상기 제1 회전기어(421)와 직교하는 방향으로 연결되어 상기 모터발전부(430)에 연결되는 제2 회전기어(422)와, 상기 제1 회전기어(421)와 제2 회전기어(422)를 보호하는 케이스(423)로 구성된다.

상기 제1 회전기어(421)와 제2 회전기어(422)는 베벨기어의 구성이다.

특히, 상기 제2 회전기어(422)의 둘레에는 상기 모터발전부(430)와의 연결을 선택적으로 단속하는 커플링(450)이 추가적으로 설치된다.

상기 커플링(450)은 제2 회전기어(422)의 둘레에 결합되고 상하방향으로 슬라이드 가능하도록 된 구성이다.

도면에는 도시하지 않았지만, 상기 커플링(450)의 슬라이드 작동은 상기 커플링(450)의 외주에 링크체결식 레버(미도시)를 설치하여 작업자가 직접 상하방향으로 이동시키는 것에 의해 상기 제2 회전기어(422)와 모터발전부의 연결을 단속하거나, 상기 커플링(450)과 케이스(423) 사이에 전자석 엑츄에이터(미도시)를 설치하여 작업자가 원거리에서 상기 엑츄에이터를 제어하는 버튼을 누르는 것에 의해 상기 제2 회전기어(422)와 모터발전부(430)의 연결을 단속할 수 있다.

상기 모터발전부(430)는 상기 기어박스(420)의 구동력으로부터 전류를 발생시키는 고정자(431)를 포함한다.

여기서, 상기 모터발전부(430)는 양방향 구동축을 구성한 것으로, 상측으로부터 돌출되는 구동축(430a)은 상기 기어박스(420)의 제2 회전기어(422)와 연결되고, 하측으로부터 돌출되는 구동축(430b)은 상기 데크 크레인(100)의 크레인부(120)를 가동시키기 위한 유압의 압력을 공급하는 역할을 수행한다.

즉, 상기 모터발전부(430)는 선박이 운항할 때, 상기 커플링(450)을 통해 기어박스(420)와 연결되어 전류를 발생시키는 발전기의 역할을 수행하고, 선박이 정박한 상태에서 크레인부(120)를 이용한 하차작업시 유압의 압력을 공급하는 모터의 역할을 수행한다.

한편, 풍력인버터(440)는 상기 모터발전부(430)에 의해 발생된 전류를 교류전류로 변환하여 출력시키는 장치이다.

여기서, 상기 풍력인버터(440)는 선박의 발전기(G)와 병렬연결되어 함께 전류출력이 이루어진다.

즉, 상기 풍력인버터(440)는 별도의 축전기를 구성할 필요 없이 기존 선박에 적용되어 있는 발전기(G)와 함께 일체로 병렬조립되어 전류통전이 이루어진 상태에서 선박의 조명등과 내부 전력으로 사용된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 상기 풍력발전기(400)가 데크 크레인(100)의 상부에 설치됨으로써, 상기 프로펠러(410)를 설치하기 위한 별도의 공간과 지지구조물을 각각 마련할 필요가 없을 뿐만 아니라, 거주구(200)보다 높은 위치에 설치된 프로펠러(410)는 풍속의 영향력에 의해 빠르게 회전할 수 있으므로 전류생산을 위한 발전효율성을 한층 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 풍력발전기(400)는 제2 회전기어(422)와 모터발전부(430)와의 연결을 선택적으로 단속하는 커플링(450)을 구성함으로써, 선박이 운항할 때, 상기 커플링을 통해 기어박스(420)와 연결되어 전류를 발생시키는 발전기의 역할과, 선박이 정박한 상태에서 크레인부(120)를 이용한 하차작업시 유압의 압력을 공급하는 모터의 역할을 각각 수행할 수 있는 효과가 있다.

100 : 데크 크레인
200 : 거주구
300 : 네비게이션 브리지 데크
400 : 풍력발전기
410 : 프로펠러
420 : 기어박스
430 : 모터발전부
440 : 풍력인버터
450 : 커플링