KR100781348B1

KR100781348B1 - 수중 추진장치

Info

Publication number: KR100781348B1
Application number: KR1020060055952A
Authority: KR
Inventors: 조성진; 유혜정; 최덕현; 황운봉
Original assignee: 포항공과대학교 산학협력단; 학교법인 포항공과대학교
Priority date: 2006-06-21
Filing date: 2006-06-21
Publication date: 2007-11-30

Abstract

본 발명에 따른 수중 추진장치는, 흡입구와 분출구가 형성되고 내부 공간을 가지며, 상기 흡입구와 상기 분출구가 상기 내부 공간을 통해 연결되는 케이싱, 상기 케이싱의 상기 내부 공간에 설치된 모터, 상기 모터의 회전축에 연결되도록 장착되고, 상기 모터가 상기 회전축을 회전시키면 상기 회전축의 축 방향으로 유체를 흡입하고 상기 회전축의 중심으로부터 방사방향으로 상기 유체를 분출하는 임펠러, 및 상기 모터에 전원을 공급하는 전원 공급부를 포함한다.

수중, 추진, 잠수, 모터, 임펠러

Description

수중 추진장치{SUBMARINE PROPULSION DEVICE}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수중 추진장치와 이를 장착한 잠수자(Diver)의 형상을 개략적으로 도시한 측면도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수중 추진장치의 외부 구조를 도시한 평면도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수중 추진장치의 내부 구조를 도시한 단면도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수중 추진장치에 설치되는 임펠러를 도시한 측면도이다.

도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ 선을 따라 자른 면을 도시한 단면도이다.

도 6은 종래의 기술에 따른 프로펠러를 도시한 측면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 수중 추진장치 110: 산소통

130: 흐름 관 140: 노즐부

200: 프레임 205: 케이싱

210: 흡입구 220: 분출구

310: 이물질 차단부 320: 스테이터

330: 임펠러 340: 회전축

350: 모터 360: 전원 공급부

500: 블래이드 600: 프로펠러

본 발명은 수중 추진장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 추진력의 조절이 용이하고, 잠수자의 손이 자유로워서 잠수 활동이 용이하며, 잠수자의 전방 시야를 가리지 않을 뿐만 아니라 소음과 진동이 적은 수중 추진장치에 관한 것이다.

수중에서 용이하게 이동하기 위해서는 별도의 보조기구를 사용해야 한다. 이러한 보조기구에는 산소통, 산소마스크, 부력조절기 및 수중 추진장치 등이 있다.

수중 추진장치는 잠수자가 물속에서 이동하는 데 기동성을 갖게 하기 위하여 사용하는 장치로써, 전원부에서 공급되는 전원을 공급받아 구동되는 모터와 상기 모터에 장착된 프로펠러로 이루어져 있다.

프로펠러를 이용한 종래의 수중 추진장치는 이러한 프로펠러를 소정의 속도로 회전시키고 이에 따라 유체를 이동시킨다. 수중 추진장치와 이를 장착한 잠수자는 수중을 용이하게 이동한다.

한편, 프로펠러의 블래이드 각이 크면 추진력은 좋아지지만, 유체 저항이 커지고 효율이 떨어진다. 또한, 프로펠러의 블래이드 각이 작으면 유체 저항이 작아지지만 프로펠러의 회전 속도는 커야 한다.

도 6은 종래의 기술에 따른 프로펠러를 도시한 측면도이다.

도 6에 도시한 바와 같이 수중 추진장치는 모터(350), 상기 모터(350)에 연결되어 회전하는 회전축(340) 및 상기 회전축(340)에 장착된 프로펠러(600)를 포함한다.

프로펠러(600)가 회전축(340)을 중심으로 회전하면 유체가 제1 방향(도면에서 x축 방향)으로 이동하게 되고, 이에 따라 수중 추진장치는 도면에서 좌측으로 이동하게 된다. 한편, 프로펠러(600)의 회전 속도가 증가하면 유체는 제1 방향(도면에서 x축 방향)으로 이동할 뿐만 아니라 원심력에 의해서 회전축(340)의 방사 방향으로도 이동하게 된다. 이러한 현상은 프로펠러(600)의 회전 속도가 높을 수록 더 심해진다.

유체가 방사 방향으로 움직임에 따라 프로펠러(600)의 동력 효율은 저하된다. 또한, 프로펠러(600)의 회전 속도가 증가하면 소음과 진동이 심해지는 문제점도 있다.

회전축(340)의 방사 방향으로 유체가 이동하고, 이에 따라 프로펠러(600)의 효율이 떨어지는 데, 이러한 현상을 방지하는 데에는 한계가 있다.

도 6에 도시한 바와 같이 프로펠러(600)의 회전면적은 프로펠러의 회전 반지름(r₂)에 의해서 결정된다. 즉 회전면적은

이다. 이러한 회전면적을 증가시킴에 따라 프로펠러(600)의 추진력은 증가하게 된다.

프로펠러의 회전 반지름(r₂)을 증가시키면 프로펠러(600)의 추진력은 증가한 다. 그러나 이렇게 구비된 프로펠러(600)는 회전 반지름(r₂)이 크고 이에 따라 이를 장착한 수중 추진장치는 그 부피가 커진다.

또한, 프로펠러(600)의 회전에 의해서 유체가 이동하게 되는데, 이때 모터(350)는 유체가 흐르는 곳에 위치하기 때문에 유체의 흐름 저항을 더욱 증가시킨다. 따라서, 수중추진장치(100)의 효율은 더욱 저하된다.

또한, 종래의 수중 추진장치는 잠수자의 전방에 위치하고 이를 잠수자가 직접 붙잡고 이용하는 구조로서, 잠수자의 손이 자유롭지 않은 문제점도 있다. 뿐만 아니라, 수중 추진장치를 전방에 놓고 이를 잡고 가는 잠수자는 전방 시야가 좁아져서 전방의 상황을 제대로 파악하지 못하게 된다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 추진력의 조절이 용이하고, 잠수자의 손이 자유로워서 잠수가 용이하며, 잠수자의 전방 시야를 가리지 않을 뿐만 아니라 소음과 진동이 적은 수중 추진장치를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 수중 추진장치는, 흡입구와 분출구가 형성되고 내부 공간을 가지며, 상기 흡입구와 상기 분출구가 상기 내부 공간을 통해 연결되는 케이싱, 상기 케이싱의 상기 내부 공간에 설치된 모터, 상기 모터의 회전축에 연결되도록 장착되고, 상기 모터가 상기 회전축을 회전시키면 상기 회전축의 축 방향으로 유체를 흡입하고 상기 중심 축으로부터 방사방향으로 상기 유체를 분출하는 임펠러 및 상기 모터에 전원을 공급하는 전원 공급부를 포함하되, 상기 케이싱은 상기 임펠러의 방사 방향으로 분출된 유체를 다시 상기 회전축 방향으로 전환시키며, 상기 분출구에는 호스 형상의 흐름 관이 연결되고, 상기 흐름 관 내부로 상기 임펠러에서 공급된 유체가 흘러 외부로 방출된다.

상기 흐름 관의 단부에는 상기 임펠러에서 분출되는 유체를 외부로 분사하는 노즐부가 형성되는 수중 추진장치.

상기 임펠러의 전방에 상기 흡입구가 형성되고, 상기 임펠러의 후방에 상기 분출구가 형성되는 수중 추진장치. 상기 임펠러 전방에는 이물질 차단부가 형성되는 수중 추진장치.

상기 임펠러 전방에는 스테이터가 형성되고, 상기 스테이터는 판 형상인 수중 추진장치. 상기 케이싱이 장착되는 프레임을 포함하는 수중 추진장치. 탈부착이 용이하여 잠수자의 몸에 부착되는 수중 추진장치. 탈부착이 용이하여 산소통에 설치되는 수중 추진장치.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여, 본 발명의 실시예에 따른 수중 추진장치에 대해 상세히 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이 잠수자의 몸에는 산소통(110) 및 수중 추진장치(100)가 장착된다. 또한, 수중 추진장치(100)의 후단에는 흐름 관(130)이 장착되고 상기 흐름 관(130)의 단부에는 노즐부(140)가 장착된다.

산소통(110)은 잠수자가 사용할 수 있는 산소를 고압의 상태로 가지고 있고, 이를 잠수자에게 적시에 공급한다. 또한, 수중 추진장치(100)는 내부에 설치된 별도의 구동장치에 의해서 작동된다. 수중 추진장치(100)는 구동장치에 의해서 유체를 흡입하고 분출한다. 유체의 흡입과 분출에 의해서 수중추진장치(100)는 잠수자와 함께 수중을 이동하게 되는 것이다.

도시한 바와 같이 본 실시예에서는 수중 추진장치(100)에서 분출되는 유체는 흐름 관(130)을 통하여 이동하고, 노즐부(140)에서 분사된다. 특히 노즐부(140)는 잠수자의 다리 부분에 장착된다.

잠수자가 다리의 위치를 조절함에 따라 노즐의 위치를 용이하게 변경할 수 있다. 잠수자는 다리를 이용하여 노즐부(140)의 위치를 용이하게 조절함으로써 유체의 분사 방향을 조절하고, 이에 따라 자신의 이동 방향을 용이하게 조절할 수 있다. 또한, 흐름 관(130)은 유연한 성질을 가지고 있는 것이 바람직하다. 이에 따라 잠수자는 노즐부(140)를 용이하게 이동시킬 수 있다.

수중 추진장치(100)는 잠수자의 몸에 장착되기 때문에 잠수자의 팔 위치와는 별개로 작동될 수 있으며, 잠수자의 팔은 자유롭게 움직일 수 있다. 뿐만 아니라 수중 추진장치(100)는 잠수자의 전방에 위치하지 않고 잠수자의 몸에 부착되기 때문에 잠수자의 전방 시야를 가리지도 않으며, 이에 따라 잠수자는 수중에서 시야를 확보하면서 안전하게 이동할 수 있다.

도시한 바와 같이 프레임(200)에는 수중추진장치(100) 및 산소통(110)이 부착된다. 또한, 수중 추진장치(100)는 케이싱(205), 흐름 관(130) 및 노즐부(140)를 포함한다.

케이싱(205)의 전방부에는 유체를 흡입하는 흡입구(210)가 형성되어 있고, 후방 쪽에는 유체를 분출하는 분출구(220)가 형성되어 있다. 흡입구(210)를 통하여 흡입된 유체는 케이싱(205)의 내부 공간을 통과한 다음 분출구(220)를 통하여 분출된다.

또한, 분출구(220)에는 흐름 관(130)이 연결되어 있고, 흐름 관(130)의 단부에는 노즐부(140)가 형성된다. 분출구(220)를 통해서 분출된 유체는 노즐부(140)에서 분사된다.

본 실시예에서 잠수자는 프레임(200)을 등에 부착함으로써 산소통(110)과 수중 추진장치(100)를 함께 장착할 수 있다. 다른 실시예에서는 산소통(110)과 수중 추진장치(100)를 별도로 분리하여 장착할 수도 있을 것이다.

본 발명의 다른 실시예에서, 수중 추진장치(100)는 별도로 설치되는 것도 가능하다. 따라서, 수중 추진장치(100)는 잠수자의 몸에 직접 장착될 수 있다. 또한, 수중 추진장치(100)는 산소통과 같이 기존 잠수 장비에 장착될 수 있다. 수중 추진장치(100)가 독립적으로 설치될 수 있기 때문에, 기존의 잠수 장비를 개조할 필요 없다.

도시한 바와 같이 케이싱(205)은 수중 추진장치(100)의 외관을 형성한다. 케이싱(205)의 한쪽 내측에는 흡입구(210)가 형성되고, 다른 쪽 내측에는 분출구(220)가 형성되어 있다. 상기 흡입구(210)에서 상기 분출구(220)로는 유체가 흐르는 공간이 마련되어 있다.

또한, 흡입구(210)의 일측에는 이물질 차단부(310)가 형성되어 있고, 흡입구(210)와 분출구(220) 사이 공간 즉, 케이싱(205) 내부에는 스테이터(320), 임펠러(330) 및 모터(350)가 구비된다.

임펠러(330)는 모터(350)의 외부로 연장된 회전축(340)에 체결된다. 모터(350)에 의해서 임펠러(330)는 회전축(340)을 중심으로 회전하게 된다. 이때, 임펠러(330)는 유체를 흡입하고 분출한다. 유체는 흡입구(210)를 통하여 흡입되고, 임펠러(330)를 통하여 분출구(220)로 이동한다. 좀더 상세하게 설명하면, 유체는 회전축(340)과 평행한 방향으로 임펠러(330)로 흡입되고, 임펠러(330)의 방사 방향으로 분출된다.

흡입구(210)에 형성된 이물질 차단부(310)는 물속에 석여있는 이물질이 수중 추진장치(100)의 내부 공간으로 들어오는 것을 차단한다. 이물질 차단부(310)는 이 물질은 차단하되 유체는 용이하게 통과할 수 있도록 그물망 같은 구조를 가지는 것이 바람직하다.

임펠러(330)의 전방에는 스테이터(320)가 형성된다. 스테이터(320)는 얇은 패널(Panel) 형상을 가지고 있고, 유체가 흐르는 방향으로 설치되어 있다. 스테이터(320)는 유체가 요동치지 않고 매끄럽게 흐르도록 한다. 본 실시예에서는 스테이터(320)가 두 개가 설치되어 있지만, 그 개수에 있어서 특별한 제한은 없으며, 스테이터(320)는 장착되지 않을 수 있다. 이물질 차단부(310)가 스테이터(320)와 유사한 구조를 가지고 있어서, 이물질 차단부(310)가 스테이터(320)의 기능을 할 수도 있다.

전원 공급부(360)는 모터(350)에 전원을 공급한다. 또한, 전원 공급부(360)는 전지와 같은 에너지 소스(Source)를 포함할 수 있다.

일반적으로 임펠러는 유체의 유량 에너지뿐만 아니라 유체의 압력 에너지를 생성할 목적으로 만든 것으로 주로 원심식 펌프에 채용된다. 양수기나 수중 모터와 같은 원심식 펌프의 날개를 임펠러(Impeller)라고 칭하고, 이는 유체를 회전축 방향으로 흡입하고, 상기 흡입된 유체를 회전축의 방사 방향으로 분출한다. 한편, 프로펠러는 유체의 압력보다는 유량을 얻을 목적으로 사용하는 것으로서 축류식 펌프와 선박 등에 사용되며, 축 방향과 유체의 운동 방향이 나란하게 되어 있는 것이 임펠러(330)와의 큰 차이점이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수중 추진장치에 설치되는 임펠러를 도시한 측면도이다. 도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ 선을 따라 자른 면을 도시한 단면도이다.

도시한 바와 같이 블래이드(500)는 회전축(340)에서 반경 방향으로 길게 형성되어 있고, 유체가 용이하게 이동하도록 블래이드(500)는 어느 일방향으로 만곡져 형성된다.

임펠러(330)의 회전 속도가 낮거나 높더라도 유체의 흐름 방향이 변하지 않기 때문에 그 효율이 거의 변하지 않는다. 종래의 수중 추진장치에 장착되는 프로펠러는 회전 속도에 따라서 효율이 급격하게 떨어진다.

임펠러(330)의 회전 속도가 낮거나 높더라도 이를 통과하는 유체의 흐름 방향은 변하지 않으며, 이에 따라 프로펠러의 효율에 비해서 임펠러(330)의 효율은 더욱 안정적이다.

도 4에 도시한 바와 같이 임펠러(330)의 회전면적은 임펠러의 회전 반지름(r₁)과 임펠러의 폭(l₁)에 의해서 결정된다. 즉 회전면적은

이다.

프로펠러의 추진력은 프로펠러의 회전 반지름(도 6의 r₂)에 의해서 좌우된다. 하지만, 본 실시예에 따른 임펠러(330)의 추진력은 임펠러의 회전 반지름(r₁)과 임펠러의 폭(l₁)에 따라서 변한다. 즉, 임펠러의 회전 반지름(r₁)을 증가시키던가 임펠러의 폭(l₁)을 증가시키면 수중 추진장치(100)의 추진력을 용이하게 증가시킬 수 있다.

임펠러의 회전 반지름(r₁)을 작게 하고 임펠러의 폭(l₁)을 길게 함에 따라 수중 추진장치(100)의 폭은 작아진다. 이때 수중 추진장치(100)의 유체에 대한 저 항은 더욱 줄어든다.

뿐만 아니라 임펠러의 폭(l₁)을 증가시키면 임펠러(330)의 회전 속도를 줄일 수 있고 이에 따라 임펠러(330)의 고속 회전에 의한 소음과 진동을 용이하게 줄일 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서는 모터(350)와 임펠러(330)가 케이싱(205) 내부에 설치되기 때문에 소음과 진동을 더욱 줄일 수 있다.

또한, 종래에는 프로펠러를 회전시키는 모터(350)가 유체의 흐름 방향에 위치하기 때문에 흐름 저항을 높이는 구조이다. 따라서 프로펠러의 동력 효율을 떨어뜨렸다. 하지만, 본 발명의 실시예에 있어서, 유체의 흡입 방향과 분출 방향이 대략 수직에 가깝기 때문에 모터(350)가 유체의 흐름을 방해하지 않는 구조이다. 따라서 임펠러(330)의 효율은 더욱 증가한다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 수중 추진장치에 의하면, 임펠러의 회전 반지름과 임펠러의 폭을 용이하게 조절함으로써 구동력을 조절하는 효과가 있다.

또한, 임펠러를 구동시키는 모터가 유체가 이동하는 부분에 위치하지 않기 때문에 유체에 대한 저항이 줄어들어 임펠러의 효율이 높아지는 효과가 있다.

또한, 임펠러의 회전 속도를 용이하게 조절할 수 있어서, 수중 추진장치의 이동 속도를 용이하게 조절하는 효과가 있다.

또한, 임펠러를 구동하는 모터가 케이싱의 내부에 설치되기 때문에 소음과 진동을 줄여주는 효과가 있다.

또한, 잠수자의 몸에 부착되는 수중 추진장치는 잠수자의 전방 시야를 좋게 하고 잠수자의 손을 자유롭게 하는 효과가 있다.

또한, 다리에 부착된 노즐부로 인하여 잠수자로 하여금 자신의 이동 방향을 용이하게 조절할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims

흡입구와 분출구가 형성되고 내부 공간을 가지며, 상기 흡입구와 상기 분출구가 상기 내부 공간을 통해 연결되는 케이싱;

상기 케이싱의 상기 내부 공간에 설치된 모터;

상기 모터의 회전축에 연결되도록 장착되고, 상기 모터가 상기 회전축을 회전시키면 상기 회전축의 중심 축 방향으로 유체를 흡입하고 상기 중심 축으로부터 방사방향으로 유체를 분출하는 임펠러; 및

상기 모터에 전원을 공급하는 전원 공급부를 포함하되,

상기 케이싱은 상기 임펠러의 방사 방향으로 분출된 유체를 다시 상기 회전축 방향으로 전환시키며,

상기 분출구에는 호스 형상의 흐름 관이 연결되고, 상기 흐름 관의 내부로 상기 임펠러에서 공급된 유체가 외부로 방출되며,

상기 흐름 관의 위치에 따라서 상기 유체의 분출 방향이 조절되는 수중 추진장치.
삭제
삭제
제1 항에 있어서,

상기 흐름 관의 단부에는 상기 임펠러에서 분출되는 유체를 외부로 분사하는 노즐부가 형성되는 수중 추진장치.
제1 항에 있어서,

상기 임펠러의 전방에 상기 흡입구가 형성되고, 상기 임펠러의 후방에 상기 분출구가 형성되는 수중 추진장치.
제1 항에 있어서,

상기 임펠러 전방에는 이물질 차단부가 형성되는 수중 추진장치.
제1 항에 있어서,

상기 임펠러 전방에는 스테이터가 형성되고, 상기 스테이터는 판 형상인 수중 추진장치.
제1 항에 있어서,

상기 케이싱이 장착되는 프레임을 더욱 포함하는 수중 추진장치.
제8 항에 있어서,

상기 프레임은 잠수자의 몸에 부착되는 수중 추진장치.
제8 항에 있어서,

상기 프레임에 산소통이 더욱 설치되는 수중 추진장치.