KR101012650B1 - 유압작동식 가동구획부재를 갖는 공기 공동 선박 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박의 저부에 공기 공동을 형성하여 물과의 마찰저항을 감소시키기 위한 공기 공동 선박에 관한 것이다. 상기 공기 공동 선박은, 공기 공동을 형성할 수 있도록 선박의 저부에 구획된 공간구역으로 공기를 공급하기 위한 공기공급부; 상기 공간구역으로부터 빠져나오는 공기를 회수하여 상기 공기공급부를 통해 재순환시키기 위한 공기회수장치; 를 포함하는 것을 특징으로 하며, 또한 공기 공동을 위한 공간구역을 형성하기 위한 횡방향 구획부재를 구동하는 가동수단; 상기 횡방향 구획부재의 회전을 지지하는 힌지수단; 상기 횡방향 구획부재와 상기 가동수단을 연결하는 로드; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 따르면, 공기회수장치에 의해 공간구역을 빠져나오는 공기를 회수하여 공기공급부를 통해 다시 공간 구역으로 공급함으로써, 공기가 선박의 프로펠러에 도달하는 것을 방지하면서, 공기공급부에서 공기 공동을 형성하기 위한 공기를 압축하는데 소요되는 동력을 절감할 수 있고, 횡방향 구획부재를 구동, 고정하는 데 전자석/영구자석/공기/유압을 사용함으로써 선박의 운항효율을 증대할 수 있다.
또한, 공기 공동을 위한 공간구역에 있는 다수의 구획에 각 구획별로 적절한 공기를 공급함으로써 공기 공동 형성시 소요되는 동력을 최소화할 수 있고, 수밀수단을 설치함으로써 공기 공동 형성의 효율을 높일 수 있다.
또한, 횡방향 구획부재의 수용공간을 선저부에 형성함으로써 돌출된 횡방향구획부재를 수용하여 구획부재에 의한 부가저항을 방지할 수 있다.

Description

유압작동식 가동구획부재를 갖는 공기 공동 선박{Air cavity vessel with hydraulically actuated movable partition member}

본 발명은 선박의 저부에 공기 공동을 형성하여 물과의 마찰저항을 감소시키기 위한 공기 공동 선박에 관한 것이다.

일반적으로, 선박의 항해시에는 선체의 표면과 물 사이에 마찰저항이 작용하게 된다. 이러한 마찰저항은 선체에 작용하는 저항의 거의 대부분을 차지하기 때문에 선박의 항해시의 마찰저항의 감소는 매우 중요한 과제가 되고 있다.

선박의 마찰저항을 감소시키기 위한 기술의 하나로 선저부를 내측으로 오목하게 형성하고, 그 오목한 부분에 공기를 분사하여 공기 공동을 형성시켜, 선박의 접수 표면적을 감소시키는 공기 공동 선박(Air Cavity Vessel)이 알려져 있다.

도 1은 종래의 공기 공동 선박을 도시하는 도면으로, (a)는 측면도이고, (b)는 저면도이다.

이러한 선박(1)에서는, 선저부(2)의 전면에 걸쳐 오목한 형태의 구획공간부(3)를 형성하고, 선박의 선수부에서 구획공간부(3)를 향해 공기를 공급하는 공기공급부(4)가 설치된다.

공기는 공기공급부(4)로부터 구획공간부(3) 내에 주입되고, 구획공간부(3) 내에서 공기층을 형성하여 선박의 항해시에 물과의 마찰저항을 줄이는 역할을 하게 된다. 이러한 공기 공동에 의해 항해시의 마찰저항이 약 10% 정도 줄어들 수 있으나, 오목한 형태의 구획공간부(3)로 인해 약 2% 정도 마찰저항이 증가되어, 일반 선박과 비교할 때 공기 공동 선박에서의 마찰저항은 약 8% 정도 감소하는 것으로 알려져 있다.

항해시에 선박(1)이 전후좌우로 흔들려 공기 공동에서 공기가 새나오게 되면 공기층이 형성되지 않으므로, 이러한 경우에는 선저부(2)에 형성된 구획공간부(3)에 의해 마찰저항이 오히려 증가할 수 있다. 공기 공동이 잘 유지될 수 있도록 하기 위해, 종래의 선박에서는 구획공간부(3)에 종방향 칸막이 및 횡방향 칸막이를 설치하여 구획공간부(3)를 다수의 구획으로 나누어 구획하기도 한다.

그러나, 선저부(2)를 오목하게 하여 공기 공동을 형성하는 종래의 공기 공동 선박(1)에서는 선박의 배수량이 줄어 부력이 감소되고, 기존의 선박에 대한 많은 설계 변경이 필요하여, 제작상의 어려움이 있었다. 따라서, 기존 선박의 설계를 크게 변경하지 않고 공기 공동 선박을 제작할 수 있는 방법이 요구된다.

한편, 종래에 선박의 항해에 따른 속력에 의해 구획공간부(3)를 새나가는 공기가 선미부에 위치된 프로펠러(6)에 도달하면 프로펠러에 악영향을 미치고, 프로펠러의 추력과 토크를 불안정하게 하는 문제점이 있었다. 이를 위해, 구획공간부(3)의 후방에는 공기배출구(5)가 설치되어, 구획공간부(3)를 새나가는 공기는 프로펠러(6)에 도달하기 전에 공기배출구(5)를 통해 수면 위로 배출된다.

그러나, 구획공간부(3)를 새나가는 공기를 공기배출구(5)를 통해 수면 위로 배출하지 않고, 공기공급부(4)로 유도하면 공기공급부(4)에 공기를 공급하기 위해 공기압축기에서 소요되는 전력을 상당부분 줄일 수 있으므로 바람직하다.

또한, 일반적으로 횡방향 구획부재의 구동을 위해서는 유압을 사용함이 일반적이나 이 경우 유압의 누수현상으로 인한 유압제어의 효율저하 및 선박내부 오염문제가 발생하고, 유압장치의 비대화로 인해 선박의 하중 증가가 발생하며, 이로 인한 선박의 동력증가 등 에너지 소비증가에 따른 비효율적인 면이 있다.

공개특허 제10-2009-0116087호의 "종방향 및 횡방향 칸막이를 구비하는 에어 캐비티 선박"에서는 선박의 선저부에 종/횡방향 칸막이를 격자형태로 설치하여, 종/횡방향 칸막이에 형성되는 각각의 공간구역에 의해 소규모 다중공기층이 형성되도록 한 종방향 및 횡방향 칸막이를 구비하였으나, 이 경우의 횡방향 칸막이는 선박의 운항조건에 따라 유압작동부에 의해 높이가 수직상하방향으로 조절되므로 여전히 물의 저항이 크고, 큰 와류의 발생으로 와류저항도 증가시키는 문제점이 발생한다.

공개특허 제10-2005-0016869호의 "공기 캐비티 선박"에서는 캐비티의 횡방향 격벽이 고정되어 있어, 선박의 운행상황에 따른 조절이 불가능하여 이 역시 물의 저항 및 동력 사용을 증가시키는 문제점을 내포하고 있다.

따라서, 본 발명은 상기 사정을 감안하여 발명한 것으로, 기존의 선박에 대한 설계변경 없이 간단한 방법으로 선박의 항해시의 마찰저항을 감소시킬 수 있는 공기 공동 선박을 제공하고자 함에 목적이 있다.

또한, 공기 공동을 형성하기 위해 필요한 공기를 압축하는 공기압축기에서 소요되는 동력을 절감할 수 있는 공기 공동 선박을 제공하고자 함에 목적이 있다.

또한, 공기 공동의 두께 측정을 위한 계측기를 설치하여, 선박의 항해시에 공기 공동이 적절히 형성되는지의 여부를 모니터링하여, 적절한 공기량을 공급하도록 제어할 수 있는 공기 공동 선박을 제공하고자 함에 목적이 있다.

또한, 선박 운항시 및 정박시 동력에너지 절감 및 유압 누수 방지를 위해 압축공기 또는 전자석 또는 전자석/영구자석 등을 이용한 횡방향 구획부재를 움직여 횡방향 구획부재의 후방부에 적절한 와류를 형성, 국소적인 순환유동을 생성시키고 내부에 적절한 공기 공동을 형성할 수 있는 공기 공동 선박을 제공하고자 함에 목적이 있다.

또한, 횡방향 구획부재를 적절히 가동하여 와류저항을 감소시킬 수 있는 있는 공기 공동 선박을 제공하고자 함에 목적이 있다.

또한, 공기 공동을 위한 복수의 공간구역에 각 공간구역별로 불필요한 공기의 공급을 줄임으로써 공기공동층에 의한 마찰저항을 감소시키고, 또한 공기공급에 소요되는 동력을 최소화할 수 있는 공기 공동 선박을 제공하고자 함에 목적이 있다.

또한, 구동할 수 있는 횡방향 구획부재를 채용한 공기 공동 선박의 경우에 공기 공동을 위한 복수의 공간구역 내부로 물이 유입되는 것을 막아 공간구역 내부의 공기 공동 형성이 효과적으로 이루어 질 수 있게 하는 수밀수단이 설치된 공기 공동 선박을 제공하고자 함에 목적이 있다.

또한, 선박의 선체 선저부 형상을 굴곡지게 함으로써 횡방향 구획부재가 후퇴위치에 있을 때 횡방향 구획부재를 수용할 수 있도록 한 공기 공동 선박을 제공하고자 함에 목적이 있다.

또한, 유압을 사용하여 횡방향 구획부재를 움직이는 경우 간단한 구성으로 시스템을 구성하여 유압시스템을 간단히 형성할 수 있는 공기 공동 선박을 제공하고자 함에 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 선박의 저부에 공기 공동을 형성하여 물과의 마찰저항을 감소시키기 위한 공기 공동 선박은, 공기 공동을 형성할 수 있도록 선박의 저부에 구획된 공간구역으로 공기를 공급하기 위한 공기공급부; 상기 공간구역으로부터 빠져나오는 공기를 회수하여 상기 공기공급부를 통해 재순환시키기 위한 공기회수장치; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 공기공급부는, 상기 공간구역으로 공기를 공급하기 위한 공기분사노즐; 상기 공기분사노즐로 공급하기 위한 공기를 압축하는 공기압축기; 상기 공기압축기와 공기분사노즐을 연결하는 공기공급관; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 공기회수장치는, 선저부에 설치되어, 상기 공간구역으로부터 빠져나오는 공기를 흡입하기 위한 공기흡입구; 상기 공기흡입구와 연결되어, 공기와 물을 분리하기 위한 기액분리기; 상기 기액분리기에서 분리된 공기를 가압하여 연결관을 통해 상기 공기공급부로 재순환시키기 위한 제2 공기압축기; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 기액분리기는 상기 공기흡입구에 인접하여 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 공간구역은 선저부 면 위에 부착되는 구획 형성 부재들에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 구획 형성 부재들에 의해 복수의 공간구역이 형성되고, 상기 공기공급부는 상기 복수의 공간구역의 각각으로 공기를 공급하는 것을 특징으로 한다.

또한, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 의하면, 선박의 저부에 공기 공동을 형성하여 물과의 마찰저항을 감소시키기 위한 공기 공동 선박은 공기 공동을 위한 공간구역을 형성하기 위해 선저부에서 폭방향으로 연장되는 횡방향 구획부재; 상기 횡방향 구획부재를 상하방향으로 가동시키는 가동수단; 상기 횡방향 구획부재를 일정한 각도 내에서 회전 가능하게 지지하기 위해 상기 횡방향 구획부재의 선수측 단부에 위치하는 힌지수단; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 가동수단은 상기 횡방향 구획부재를 상하방향으로 왕복구동시키는 구동장치; 상기 횡방향 구획부재를 고정하는 고정장치; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 구동장치는 상기 횡방향 구획부재와 연결되는 구동용 로드; 상기 구동용 로드가 내부에서 왕복구동을 할 수 있는 실린더; 상기 횡방향 구획부재를 일정한 각도의 상하방향으로 구동시키기 위한 구동력을 제공하는 구동용 작동장치; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 구동용 작동장치에는 작동원으로 전자석 또는 압축공기를 사용하는 것; 을 특징으로 한다.

상기 고정장치는 상기 횡방향 구획부재의 돌출위치와 후퇴위치에서의 움직임을 고정하기 위해 상기 로드에 간격을 두고 설치되는 스토퍼; 상기 스토퍼를 고정하는 고정용 로드; 상기 고정용 로드를 구동하기 위한 구동력을 제공하는 고정용 작동장치; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 고정용 작동장치에는 작동원으로 전자석 또는 압축공기를 사용하는 것; 을 특징으로 한다.

상기 구동용 작동장치의 작동원으로 전자석을 사용하는 경우, 상기 스토퍼에 영구자석을 설치하는 것; 을 특징으로 한다.

상기 고정용 작동장치의 작동원으로 전자석을 사용하는 경우, 상기 고정용 로드에 영구자석을 설치하는 것; 을 특징으로 한다.

상기 구동용 로드에는 상기 횡방향 구획부재의 움직임을 여러 단계로 조절하기 위해 일정한 간격을 두고 여러 단의 스토퍼가 설치되는 것; 을 특징으로 한다.

상기 가동수단에는 상기 횡방향 구획부재에 가해지는 충격을 흡수하기 위한 스프링 로프가 설치되는 것; 을 특징으로 한다.

상기 구동용 로드는 상기 횡방향 구획부재에 가해지는 충격을 흡수하기 위한 스프링 로프가 설치되는 것; 을 특징으로 한다.

또한, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 공기 공동 선박의 공기 공급 방법에 있어서, 선박의 저부에 구획된 각각의 공간구역으로 공기를 차등하여 공급하는 것; 을 특징으로 한다.

상기 공간구역은 선저부 면 위에 부착되는 구획 형성 부재들에 의해 형성되는 것; 을 특징으로 한다.

선박의 저부에 종방향으로 위치하고 있는 각 공간구역에 대해, 선수부의 상기 공간구역에서 선미부의 상기 공간구역으로 갈수록 공기 공급량이 감소하는 것; 을 특징으로 한다.

횡방향으로 열을 지어 늘어서 있는 각 공간구역에 대해, 선수부의 상기 공간구역에서 선미부의 공간구역으로 갈수록 공기 공급량이 감소하는 것; 을 특징으로 한다.

또한, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 공기 공동 선박에 있어서, 선저부에서 폭방향으로 연장되면서 구동할 수 횡방향 구획부재; 선저부에서 종방향으로 연장되는 종방향 구획부재; 상기 횡방향 구획부재와 상기 종방향 구획부재 사이에 설치되는 수밀수단; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 횡방향 구획부재는 일정한 각도의 상하방향으로 구동할 수 있는 것; 을 특징으로 한다.

상기 수밀수단은 상기 횡방향 구획부재의 양 끝단부에 설치되는 것; 을 특징으로 한다.

상기 수밀수단은 상기 횡방향 구획부재의 회전반경 내에서 상기 종방향 구획부재의 면 위에 설치되는 것; 을 특징으로 한다.

또한, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 공기 공동 선박에 있어서, 선저부 표면에 다수의 굴곡의 형상이 이루어져 있는 것; 을 특징으로 한다.

상기 굴곡의 형상은 선저부에 설치되는 횡방향 구획 부재를 수용할 수 있도록 선저부의 내측에 오목한 부분으로 형성되는 것; 을 특징으로 한다.

상기 굴곡의 형상은 선저부 면 위에 부착된 횡방향 구획부재를 수용할 수 있도록 선저부의 내측에 오목한 부분으로 형성되는 것; 을 특징으로 한다.

또한, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 공기 공동 선박에 있어서, 선저부에 형성되는 공간구역 내에 존재하는 공기 공동의 두께를 계측하기 위해 초음파 계측기를 사용하는 것; 을 특징으로 한다.

상기 초음파 계측기는 상기 공간구역의 후반부의 공기 공동 두께를 계측하도록 설치되는 것; 을 특징으로 한다.

상기 공간구역은 선저면에 돌출된 구획부재에 의해 형성되는 것; 을 특징으로 한다.

선저부에 형성되는 공간구역 내에 존재하는 공기 공동의 두께를 계측하기 위해 레이다 계측기를 사용하는 것; 을 특징으로 한다.

상기 레이다 계측기는 상기 공간구역의 후반부의 공기 공동 두께를 계측하도록 설치되는 것; 을 특징으로 한다.

상기 레이다 계측기가 선체에 설치될 때, 상기 계측기로부터 선저부에 형성되는 공간구역까지 계측용 배관을 설치하는 것; 을 특징으로 한다.

상기 공간구역은 선저면에 돌출된 구획부재에 의해 형성되는 것; 을 특징으로 한다.

또한, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 공기 공동 선박에 있어서, 선저부에서 폭방향으로 연장되는 횡방향 구획부재; 일단부는 상기 횡방향 구획부재의 선수부측에 고정되어 연결되고, 나머지 일단부는 유압실린더 로드에 회전가능하게 연결되는 유압 전달용 로드; 상기 유압 전달용 로드를 포함하고 있는 유압실린더; 상기 유압실린더에 유압을 공급하는 유압라인; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 횡방향 구획부재는 후퇴위치에서 선저부의 내측에 형성된 오목한 부분에 수용되며, 돌출위치에서 최대의 회전각을 갖도록 구동되는 것; 을 특징으로 한다.

선저부에 형성된 공기층을 유지하기 위해 상기 횡방향 구획부재와 함께 선저부에서 구획된 공간구역을 형성하는 종방향 구획부재를 더 포함하는 것; 을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 기존의 선박에 대한 설계변경 없이 선저부 위에 공기 공동을 위한 공간구역을 형성함으로써, 공기 공동 선박을 제작하기 위한 시간, 노력, 비용을 절감할 수 있다.

또한, 공기회수장치에 의해 공기 공동을 빠져나오는 공기를 회수하여 다시 공간 구역으로 공급함으로써, 공기가 프로펠러에 도달하는 것을 방지하면서, 공기 공동을 형성하기 위한 공기를 압축하는 공기압축기에서 소요되는 동력을 절감할 수 있다.

또한, 선박의 항해시에 공기 공동이 적절히 형성되는지의 여부를 공기공급 제어장치에 의해 모니터링하여, 공간 구역으로 공급되는 공기량을 제어하여 공기 공동이 적절히 형성되게 할 수 있다.

또한, 횡방향 구획부재의 구동장치 및 고정장치를 전자석 또는 공기를 이용하여 적은 전력량으로 용이하게 횡방향 구획부재를 구동 및 고정할 수 있다.

또한, 고정장치로써 여러 단의 스토퍼를 설치하여 횡방향 구획부재의 미세조정도 가능하여 횡방향 구획부재의 후방에 적절한 와류를 형성, 국소적인 순환유동을 생성시키고 내부에 적절한 공기 공동을 형성할 수도 있다.

또한, 횡방향 구획부재를 적절히 가동하여 와류저항을 감소시킬 수도 있어 선박의 동력손실도 저감할 수 있다.

또한, 횡방향 구획부재의 계속적 가동이 필요한 경우라도 고정장치에 대한 작은 양의 동력공급만으로도 횡방향 구획부재가 고정되므로 횡방향 구획부재의 계속적 가동을 위한 대용량의 동력원이 불필요하여 선박의 동력절감에 이바지할 수 있다.

또한, 로드에 스프링 로프(spring loaf)를 설치하여 운항시 물의 저항에 의해 발생되는 횡방향 구획부재의 충격을 흡수하여 횡방향 구획부재의 내구성 및 물의 저항등을 감소시킬 수 있다.

또한, 선저부에 있는 공간구역에 주입되는 공기량 중 공간 구역별로 불필요한 공기량을 줄여 공기공동층을 이용한 마찰저항을 감소시킴과 동시에 공기공급에 소요되는 동력을 최소화하여 최대의 연료절감효과를 달성할 수 있다.

또한, 구동할 수 있는 횡방향 구획부재를 채용한 공기 공동 선박의 경우에 횡방향 구획부재와 종방향 구획부재 간의 간극에 수밀수단을 설치하여 공기 공동을 위한 복수의 공간구역 내부로 물이 유입되는 것을 막고 그 결과 공간구역 내부의 공기 공동 형성이 효과적으로 이루어질 수 있게 하여 공기 공동 형성을 위한 동력 사용 등을 최소화하여 최대의 연료절감효과를 달성할 수 있다.

또한, 선저부 형상을 굴곡형 형상으로 함으로써 횡방향 구획부재를 수용할 수 있도록 하여, 돌출된 구획부재에 의한 부가저항을 감소시키고, 이로 인한 선박의 속도향상 및 선박의 동력사용을 절감할 수 있다.

또한, 공기 공동을 형성하는 공기층의 정확한 두께를 측정하기 위해 초음파(ultrasonic) 계측기나 레이다(radar) 계측기를 사용하므로써 적절한 공기층을 파악하여 부가저항의 감소 및 공기층 형성을 위한 불필요한 동력사용을 방지할 수 있다.

또한, 횡방향 구획부재를 구동하기 위해 유압을 사용하고, 이 때 유압의 힘을 전달하는 위치를 횡방향 구획부재의 선수부측에 위치하는 경우 유압전달용 로드의 길이를 길게하여 횡방향 구획부재의 구동을 위한 유압력을 줄이고, 횡방향 구획부재의 구동을 위한 구성을 간단히 할 수 있다.

도 1은 종래의 공기 공동 선박을 도시하는 도면으로, (a)는 측면도이고, (b)는 저면도.
도 2는 본 발명에 따른 공기 공동 선박의 저부를 도시하는 저면도.
도 3은 본 발명에 따른 공기 공동 선박의 측면도.
도 4는 본 발명에 따른 공기 공동 선박의 횡방향 구획 부재의 구성을 나타내는 개략도.
도 5는 본 발명에 따른 공기 공동 선박의 공기회수장치의 구성을 나타내는 개략도.
도 6은 본 발명의 공기 공동 선박에서 공기 공급을 제어하는 방법을 나타내는 도면.
도 7은 본 발명에 따른 공기 공동 선박의 또 다른 실시예인 횡방향 구획부재의 가동수단을 간략히 나타내는 개략도.
도 8은 본 발명에 따른 공기 공동 선박의 횡방향 구획부재의 가동수단을 나타내는 구성도.
도 9는 본 발명에 따른 공기 공동 선박에서 복수의 공간구역으로 공기를 차등하여 공급하는 방법을 나타내는 개략도.
도 10은 본 발명에 따른 공기 공동 선박의 또 다른 실시예인 횡방향/종방향 구획부재와 수밀수단의 전체적인 구성을 나타내는 개략적 도면으로, (a)는 선저부 평면도이고, (b)는 선저부를 위에서 바라본 사시도이며, (c)는 선저부의 정면도.
도 11은 본 발명에 따른 공기 공동 선박의 또 다른 실시예인 횡방향/종방향 구획부재와 수밀수단의 전체적인 구성을 나타내는 개략적 도면으로, 종방향 칸막이(111)에 의해 횡방향 구획부재(120)가 분리되는 경우를 도시한 도면으로, (a)는 선저부 평면도이고, (b)는 선저부를 위에서 바라본 사시도이며, (c)는 선저부의 정면도.
도 12는 본 발명에 따른 공기 공동 선박의 또 다른 실시예인 굴곡형 공기 공동 선박의 개략도이며, (a)는 선저부 평면도, (b)는 굴곡형 선저부의 확대도.
도 13은 본 발명에 따른 공기 공동 선박의 공기 공동 측정을 위한 계측기가 설치된 경우를 나타내는 개략도.
도 14는 본 발명에 따른 공기 공동 선박의 유압 작동식 가동구획부재를 나타내는 개략적 도면으로, (a)는 가동구획부재가 후퇴위치에 있을 때의 개략도이며, (b)는 가동구획부재가 돌출위치에 있을 때의 개략도.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.

도 2는 본 발명에 따른 공기 공동 선박의 저부를 도시하는 저면도이다. 도 3은 본 발명에 따른 공기 공동 선박의 측면도이다.

본 발명의 공기 공동 선박(Air Cavity Vessel; 100)은 선박의 저부(선저부)에 공기 공동을 형성하여 물과의 마찰저항을 감소시키기 위한 구성을 갖는다. 공기 공동 선박(100)은 항해중에 물이 선저부(101)와 직접 접촉하지 않고 공기층과 접촉되게 함으로써, 마찰저항을 감소시켜 연료 소모를 줄이기 위한 것이다. 일반적으로, 공기 공동 선박에서 공기 공동의 형성에 따른 연료 절감은 약 8% 정도인 것으로 알려져 있다.

본 발명의 공기 공동 선박(100)은 선저부(101) 면은 그대로 두고, 그 위에 공기 공동을 형성할 수 있도록 구성됨으로써, 종래에 선박의 저부면에 홈을 파고, 홈의 내측으로 공기 공동을 형성하기 위해 선박에 많은 설계 변경이 필요하던 단점을 해결하고자 한다.

상기 공기 공동 선박(100)은 종방향 구획 부재(110), 종방향 칸막이(111), 횡방향 구획 부재(120), 공기공급부(130)를 갖는다. 여기서, 종방향 구획 부재(110), 종방향 칸막이(111), 횡방향 구획 부재(120)는 공기 공동을 형성할 수 있도록 선저부를 구획하기 위한 구획 형성 부재가 된다.

종방향 구획 부재(110)는 선저부(101)의 양측, 즉 좌현과 우현 측에 각각 부착되어, 선저부(101)를 종방향(선박의 길이방향)으로 구획한다. 이때, 종방향 구획 부재(110)는 선저부(101) 면 위에 돌출되도록 부착되는 별도의 부재로 형성됨으로써, 기존의 선박에 설계 변경이 필요없도록 한다.

횡방향 구획 부재(120)는 선저부(101)에서 폭방향으로 연장된다. 횡방향 구획 부재(120)는 종방향 구획 부재(110)와 협동하여 선저부(101)에 공기 공동을 형성하기 위한 공간구역(S)을 형성한다. 횡방향 구획 부재(120)는 종방향으로 이격되어 복수 개 설치되어, 공간구역(S)을 복수의 공간구역으로 분할할 수 있다.

종방향 구획 부재(110)의 내측에는 선저부(101)로부터 돌출되도록 종방향 칸막이(111)가 부착되어, 공간구역(S)을 추가로 분할할 수 있다. 종방향 칸막이(111)는 선박의 횡동요(Rolling) 시에도 공기 공동이 안정적으로 유지되도록 돕는다.

상기에서, 공기 공동을 형성하기 위한 공간구역(S)이 종방향 구획 부재(110), 종방향 칸막이(111), 횡방향 구획 부재(120)에 의해 형성되고 있지만, 공간구역(S)을 형성할 수 있다면 다른 부재들이 추가되는 것도 본 발명의 범위에 포함된다.

또한, 상기에서 종방향 구획 부재(110)와 종방향 칸막이(111)가 구분되어 설명되고 있지만, 이러한 구분은 설명을 위한 것이다. 종방향 칸막이(111)는 선저부를 종방향으로 구획하기 위한 부재라는 점에서 종방향 구획 부재(110)와 기능이 거의 동일하므로, 본 발명에서 종방향 칸막이(111)는 종방향 구획 부재(110)로 대체될 수 있다. 즉, 공간구역(S)이 선저부에 폭방향으로 이격되어 놓이는 복수의 종방향 구획 부재(110)와 횡방향 구획 부재(120)에 의해 형성되는 것도 본 발명의 범위에 포함된다.

공기공급부(131, 132, 133; 130)는 종방향 구획 부재(110), 종방향 칸막이(111), 횡방향 구획 부재(120)에 의해 형성되는 공간구역(S)으로 공기를 공급하여, 항해중에 선저부(101) 면과 물과의 사이에 공기 공동을 형성할 수 있도록 한다. 이를 위해, 공기공급부(130)는 공간구역(S)으로 공기를 공급하기 위한 공기분사노즐(131)과, 이러한 공기분사노즐(131)로 공기를 공급할 수 있도록 공기를 압축하는 공기압축기(132)와, 공기분사노즐(131)과 공기압축기(132)를 연결하는 공기공급관(133)을 포함한다. 공기압축기(132)와 공기공급관(133) 사이에는 압축공기를 저장하는 공기저장용기가 추가로 구비될 수 있다. 바람직하게는, 공기분사노즐(131)은 복수의 공간구역(S)에 각각 배치되어, 공기를 개별적으로 각각의 공간구역(S)으로 공급할 수 있도록 한다.

도 4는 본 발명에 따른 공기 공동 선박의 횡방향 구획 부재의 구성을 나타내는 측면도이다.

일반적으로, 선박이 파도가 심한 지역을 항해할 때는 선박의 요동에 의해 공기 공동에서 공기가 새나와서 공기 공동을 제대로 형성하기 어려울 수 있다. 이러한 경우에는, 선박의 항해시에 공기 공동에 의해 마찰저항을 줄일 수 없고, 선저부(101)에 형성되는 종방향 구획 부재(110)와 횡방향 구획 부재(120)에 의해 마찰저항이 오히려 증가될 수 있다.

이 경우, 종방향 구획 부재(110)는 선박의 길이방향으로 형성되어 있어 마찰저항에 미치는 영향이 적으나, 횡방향 구획 부재(120)는 선박이 운항할 때 물과 정면으로 접촉되므로 마찰저항을 증가시키는 원인이 된다.

이러한 점을 고려하여, 본 발명의 횡방향 구획 부재(120)는 선저부(101) 면과 동일 높이로 연장되는 후퇴 위치와, 선저부(101) 면으로부터 돌출되는 돌출 위치 사이에서 이동 가능하게 구성된다. 따라서, 횡방향 구획 부재(120)는 파도가 심한 지역을 통과할 때와 같이 공기 공동을 형성하기 어려운 상황에서는 후퇴 위치로 이동하여 물과의 마찰저항을 줄일 수 있도록 한다.

도 4의 (a)는 횡방향 구획 부재(120)가 후퇴 위치에 있는 상태를 도시한다. 횡방향 구획 부재(120)가 형성되는 부분의 선저부(101)는 폭방향을 따라 내측으로 굴곡되어 오목한 부분을 형성하고, 후퇴 위치에서 횡방향 구획 부재(120)는 오목부 내에 수용될 수 있다.

공기 공동을 형성할 수 있는 상황이 되면, 횡방향 구획 부재(120)는 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 선저부(101) 면으로부터 돌출되어 돌출 위치에 있게 된다. 이때, 횡방향 구획 부재는 힌지축(121)을 중심으로 후퇴 위치에서 돌출 위치로 회전한다. 여기서, 힌지축(121)은 선저부(101)에서 폭방향으로 연장되는 축이 된다. 힌지축(121)은 횡방향 구획 부재(120)의 전방(선수측) 단부에 위치하고 있어, 돌출 위치에서 횡방향 구획 부재(120)의 후방 단부는 돌출되지만, 전방 단부는 선저부(101) 면과 비슷한 높이를 유지하게 된다. 이는 횡방향 구획 부재(120)의 돌출 위치에서 횡방향 구획 부재(120)를 따라 자연스러운 유선이 형성되게 하여 물과의 마찰저항을 줄일 수 있게 한다. 횡방향 구획 부재(120)의 돌출 높이는 0.3 내지 2.0m 사이에서 조절되는 것이 바람직하다.

횡방향 구획 부재(120)는 유압식 또는 전동식으로 후퇴 위치와 돌출 위치 사이에서 이동 가능하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 횡방향 구획 부재(120)는 유압식 잭(122)에 의해 힌지축(121)을 중심으로 이동될 수 있다.

공기 공동의 형성은 선박의 운항 속도와 횡방향 구획 부재(120)의 돌출 높이에 의해 영향을 받게 된다. 본 발명의 횡방향 구획 부재(120)는 선저부(101) 면으로부터 돌출되는 돌출 높이를 조절할 수 있도록 구성되어, 선박의 운항 속도에 적합한 다양한 단의 높이를 제공할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 공기 공동 선박(100)은 종래의 선박과 달리 선저부에 홈을 파서 공기 공동을 형성하지 않고, 선저부(101) 면 위에 부착되는 종방향 구획 부재(110)와 횡방향 구획 부재(120)에 의해 선저부(101)는 그대로 두고, 그 위에 공기 공동을 형성한다. 따라서, 기존의 선박에 대한 설계변경 없이 공기 공동 선박을 제작할 수 있다. 따라서, 공기 공동 선박을 제작하기 위한 시간, 노력, 비용이 상당히 절감된다.

또한, 본 발명의 횡방향 구획 부재(120)는 선박의 항해시의 상황에 따라 후퇴 위치와 돌출 위치 사이를 이동할 수 있으므로, 공기 공동을 형성하기 어려운 상황에서 오히려 공기 공동 선박의 마찰저항 증가되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 횡방향 구획 부재(120)가 돌출 위치에 있을 때, 그 돌출되는 높이를 조절할 수 있으므로, 선박의 운항 속도에 따라 적절히 공기 공동을 형성할 수 있게 된다.

상기에서, 본 발명의 횡방향 구획 부재(120)가 접이식으로 구성되는 것으로 설명하였지만, 횡방향 구획 부재(120)가 접이식으로 구성되지 않고, 종방향 구획 부재(110)와 마찬가지로 선저부(101) 위에 돌출되도록 부착되는 것도 본 발명의 범위에 포함된다.

도 5는 본 발명에 따른 공기 공동 선박의 공기회수장치의 구성을 나타내는 개략도이다. 이하에서는, 도 3 및 도 5를 참조하여 공기회수장치의 구성을 설명하기로 한다.

선박의 항해에 따른 속력에 의해 공기 공동이 형성되는 공간구역을 새나가는 공기가 선미부에 위치된 프로펠러(105)에 도달하면 프로펠러에 악영향을 미치고, 프로펠러(105)의 추력과 토크를 불안정하게 하므로, 공간구역을 새나가는 공기는 프로펠러(105)에 도달하기 전에 흡수되는 것이 바람직하다.

이를 위해, 본 발명의 공기 공동 선박(100)은 선미부에 공간구역의 공기 공동으로부터 빠져나오는 공기를 회수하여 다시 공기분사노즐(131)로 공급하기 위한 공기회수장치(141, 142, 143, 144; 140)를 구비한다.

공기회수장치(140)는 공기흡입구(141), 기액분리기(142), 제2 공기압축기(143), 연결관(144)을 포함한다.

공기흡입구(141)는 선미부에 설치되어 공간구역으로부터 빠져나오는 공기를 흡입한다. 공기흡입구(141)는 선저부(101) 면에서부터 기액분리기(142)까지 연결된다. 공기흡입구(141)를 통해서는 공기뿐만 아니라 물도 함께 흡입되므로, 기액분리기(142)에서는 공기와 물을 분리하게 된다. 기액분리기(142)는 선저부(101) 면보다 예를 들어, 5m 정도 높은 곳에 위치되므로, 별도의 동력공급 없이도 공기는 압력차에 의해 공기흡입구(141)를 통해 기액분리기(142)까지 흡입된다.

기액분리기(142)에서 분리된 물은 외부로 배출되고, 공기는 제2 공기압축기(143)에 의해 가압되어, 연결관(144)을 통해 다시 공기분사노즐(131)로 공급된다. 여기서, 제2 공기압축기(143)는 기액분리기(142)에서 분리된 공기를 가압하여 연결관(144)을 통해 공기분사노즐(131)로 공급하기 위한 장치로서, 컴프레서 또는 펌프가 될 수 있다. 연결관(144)은 기액분리기(142) 및 공기공급관(133)과 연결되는 관으로, 기액분리기(142)에서 분리된 공기가 이동하는 통로가 된다.

예를 들어, 선저부(101) 면에서의 압력이 2 바(게이지압) 정도라고 한다면, 기액분리기(142)의 높이는 선저부(101) 면보다 수 m 정도 수두가 낮으므로, 기액분리기(142)에서 분리된 공기의 압력은 대략 1.5 바 정도가 된다. 공기압축기(132)에서 공기분사노즐(131)을 통해 공기를 공급하기 위해서는 2 바 이상으로 공기를 압축해야 하지만, 기액분리기(142)에서 분리된 공기는 1.5 바 정도의 압력을 이미 가지므로, 이러한 공기에 제2 공기압축기(143)로 0.5 바 정도의 압력만 가해주면, 공기는 연결관(144) 및 공기공급관(133)을 통해 공기분사노즐(131)로 공급될 수 있다.

공기압축기(132)에서 2 바 이상의 압력으로 지속적으로 공기를 압축하기 위해서는 많은 동력이 소요된다. 종래에는 공기 공동을 통해 빠져나오는 공기를 흡수하여 수면 위로 배출하지만, 본 발명에서는 기액분리기(142)에서 분리된 공기를 외부로 배출하지 않고, 0.5 바 정도의 낮은 압력만 가해서 공기공급관(133)을 통해 공기분사노즐(131)로 재순환시킨다. 따라서, 공기압축기(132)에서는 더 적은 양의 공기만 압축하면 되므로, 공기를 압축하기 위해 소요되는 동력을 상당히 절감할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 공기회수장치(140)는 공간구역으로부터 빠져나오는 공기를 흡입하여, 이러한 공기가 프로펠러(105)에 도달하여 프로펠러의 작동에 악영향을 미치는 것을 방지한다. 또한, 기액분리기(142)에서 분리된 공기는 낮은 압력으로 재순환되어 공기분사노즐(131)로 공급되므로, 공기압축기(132)에서 공기를 압축하기 위해 소요되는 동력을 상당부분 절감할 수 있다.

도 6은 본 발명의 공기 공동 선박에서 공기 공급을 제어하는 방법을 나타내는 도면이다.

일반적으로, 공기 공동 선박에서는 공기 공동을 형성하여 물과의 마찰저항을 감소시키는 것이 목적이므로, 선박의 항해중에 공기 공동이 적절하게 형성되고 있는지를 모니터링하는 것이 중요하다.

종래의 공기 공동 선박에서는 선저부에 홈을 파고, 홈의 내측으로 공기 공동을 형성하므로, 홈의 내측의 물의 수위를 측정하여 공기 공동이 형성되는지의 여부 및 공기 공동의 두께를 간단한 방법으로 측정할 수가 있다. 그러나, 본 발명에서는 선저부(101) 면은 그대로 두고, 그 위에 공기 공동을 형성하므로, 선저부 위로 돌출물을 부착하여 수위를 측정하는 방법을 사용하기가 용이하지 않다.

따라서, 본 발명에서는 공기 공동이 형성되는 복수의 공간구역(S)의 물 또는 공기를 흡입하여 기액분리기(242)에서 공기와 물을 분리하고, 분리된 물의 수위를 측정하여, 공기 공동이 형성되는지의 여부 및 공기 공동의 두께를 측정한다.

이를 위해, 먼저 각각의 공간구역(S)의 후단(선미측)에 위치된 공기흡입구(241)를 통해 공기 또는 물을 흡입한다. 흡입된 공기 또는 물은 기액분리기(242)에서 공기와 물로 분리된다. 기액분리기(242)는 선저부(101) 면보다 높은 곳에 위치되므로, 별도의 동력공급 없이도 공기 또는 물은 압력차에 의해 공기흡입구(241)를 통해 기액분리기(242)까지 흡입된다.

기액분리기(242)에서는 센서에 의해 흡입된 공기와 물의 비율을 판단하게 된다. 공기와 물의 비율은 예를 들어, 수위센서(244)에 의해 기액분리기(242) 내의 수위를 측정하여 판단할 수 있다. 공간구역(S) 내에 공기 공동이 잘 형성되고 있을 때는 기액분리기(242)에서 공기의 비율이 높게 된다. 반대로, 공간구역(S) 내에 공기 공동이 잘 형성되지 않는 경우에는, 기액분리기(242)에서 물의 비율이 높게 된다.

제어부(246)는 수위센서(244)에서 측정된 수위에 따라 공기분사노즐(231)을 통해 공간구역(S)으로 공급되는 공기의 양을 조절하게 된다. 예를 들어, 측정 결과, 공간구역(S) 내의 공기의 비율이 낮다고 판단되면, 제어부(246)는 공기분사노즐(231)의 전단에 설치되는 공기밸브(245)의 개도를 조절하여 추가로 공기를 공급한다. 공기밸브(245)는 수위센서(244)로부터 신호를 전달받아 제어부(246)에 의해 개도가 자동으로 제어될 수 있다.

기액분리기(242)에서 분리된 공기는 재순환 공기압축기(243)에 의해 가압되어 공기저장용기(250)에 저장된다. 이때, 상술한 바와 같이, 공기저장용기(250)에 저장되는 공기의 압력은 공기분사노즐(231)을 통해 공간구역(S)으로 공기를 공급할 수 있도록 2 바 이상이고, 기액분리기(242)에서 분리된 공기는 1.5 바 정도의 압력을 이미 가지므로, 재순환 공기압축기(243)는 이러한 공기에 0.5 바 정도의 압력만 가해주면, 공기는 공기저장용기(250)에 저장될 수 있다. 여기서, 재순환 공기압축기(243)는 컴프레서 또는 펌프가 될 수 있다.

공기저장용기(250)에는 공기압축기(260)가 연결되어, 공기분사노즐(231)을 통해 공간구역(S)으로 공급하기 위한 공기를 압축하여 공기저장용기(250)로 공급한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 공기공급 제어방법은 공간구역(S)의 후단에 위치된 공기흡입구(241)를 통해 공기 또는 물을 흡입하여 기액분리기(242)에서 분리한 후, 공기와 물의 비율을 기액분리기(242)에 설치되는 수위센서(244)로 판단하게 된다. 수위센서(244)의 판단값에 따라 공기분사노즐(231)과 연결된 공기밸브(245)의 개도를 조절함으로써, 공기 공동을 형성하기에 적절한 양의 공기를 공간구역(S)으로 공급할 수 있다.

또한, 기액분리기(242)에서 분리된 공기는 대기압보다 높은 상태이므로, 재순환 공기압축기(243)에 의해 적정량의 압력, 예를 들어 0.5 바 정도의 압력만 추가로 공급해 주면, 공기저장용기(250)에 저장되는 압축공기를 만들 수 있어, 공기압축기(260)에서 소요되는 동력을 상당히 절감할 수 있다.

본 발명의 공기 공동 선박의 공기공급 제어방법은 선저부는 그대로 두고, 그 위에 돌출되게 부착되는 구획 형성 부재에 의해 공기 공동을 위한 공간구역이 형성되는 공기 공동 선박에서 사용할 수 있지만, 종래의 선저부의 홈 내에 형성되는 공기 공동을 갖는 선박에서도 사용될 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 공기 공동 선박의 또 다른 실시예인 가동 구획부재를 간략히 나타낸 개략도이며, 도 8은 가동 구획부재의 구체적 실시예를 나타내는 구성도이다. 도 4는 유압식 잭을 채용한 공기 공동 선박의 횡방향 구획부재를 나타낸 것이나 도 7과 도8은 다른 가동수단을 채택하여 구동되는 경우를 나타낸다.

일반적으로 횡방향 구획부재의 구동을 위해서는 유압을 사용함이 일반적이나 이 경우 유압의 누수현상으로 인한 유압제어의 효율저하 및 선박내부 오염문제가 발생하고, 유압장치의 비대화로 인해 선박의 하중 증가가 발생하며, 이로 인한 선박의 동력증가 등 에너지 소비증가에 따른 비효율적인 면이 있다.

이를 해결하기 위해 본 발명의 또 다른 실시예의 공기 공동 선박(100)은 도 7에서와 같이 횡방향 구획부재(120), 가동수단(123), 힌지수단(121)을 구비한다.

상기 가동수단(123)은 도 8에서와 같이 횡방향 구획 부재(120)의 구동 및 고정을 위한 구동장치(124), 고정장치(125)로 구성될 수 있다.

상기 구동장치(124)는 구동용 작동장치(1241), 구동용 로드(1242), 실린더(1243)로 구성되고, 상기 고정장치(125)는 고정용 작동장치(1251), 고정용 로드(1252), 상단 스토퍼(1253), 하단 스토퍼(1254)로 구성된다.

상기 스토퍼(1253, 1254)와 고정용 로드(1252)는 자력을 이용하는 경우는 자력에 끌릴 수 있는 재질로 구성되어야 하며, 압축공기를 이용하는 경우에는 특별한 제한이 없다.

상기 구동용 로드(1242)는 횡방향 구획 부재(120)의 임의의 위치에 연결될 수 있으며, 연결방법으로 용접 등이 사용될 수 있다.

상기 힌지 수단은 축으로 구성될 수 있다. 이때, 횡방향 구획 부재(120)는 선저부(101)에서 폭방향으로 연장되는 힌지축(121)을 중심으로 후퇴 위치에서 돌출 위치로 회전한다. 힌지축(121)은 횡방향 구획 부재(120)의 전방(선수측) 단부에 위치하며, 돌출 위치에서 횡방향 구획 부재(120)의 후방 단부는 돌출되지만, 전방 단부는 선저부(101) 면과 비슷한 높이를 유지하게 된다.

이하 각 운항 상황별로 작동 방식을 설명한다. 단, 아래의 설명은 구동용 작동장치 및 고정용 작동장치의 작동원으로 전자석을 사용한 경우를 설명하였다.

그러나, 압축공기 또는 전자석과 영구자석을 사용하여도 구동용 로드(1242)를 상하 왕복시키거나, 고정용 로드(1252)를 전진/후퇴시킬 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 알 수 있을 것이다.

단, 상기 구동용 작동장치(1241)의 작동원으로 압축공기를 사용한다면, 실린더 내에 존재하는 압축공기로 인해 횡방향 구획부재(120)가 자체 하중으로도 하방으로 내려 오지 않으므로 압축공기를 배출하거나 회수하여야 횡방향 구획부재(120)가 하방으로 내려오게 될 것이다.

또한, 구동용 작동장치(1241)의 작동원으로 전자석과 영구자석을 사용한다면, 영구자석은 상단 스토퍼(1253)에 설치될 수 있다. 그 결과, 전자석과 영구자석의 서로 마주보는 자극이 각각 N/S(또는 S/N) 극이라면 횡방향 구획부재(120)는 들여 올려질 것이고, 전자석과 영구자석의 마주보는 자극이 각각 N/N(또는 S/S) 극이라면 횡방향 구획부재(120)는 내려가게 될 것이다.

상기의 작동은 전자석을 이용한 구동용 작동장치(1241)의 인입전류 방향을 바꾸어 줌으로써 전자석의 자극을 N극에서 S극으로(또는 S극에서 N극으로) 바뀌게 되고, 상기의 횡방향 구획부재(120)의 작동이 가능하게 된다.

그리고, 고정용 작동장치(1251)의 작동원으로 전자석과 영구자석을 사용하는 경우에도 상기의 구동용 작동장치(1241)의 작동방식과 동일한 원리로 이루어진다.

또한, 구동용 작동장치(1241)의 작동원으로 압축공기를 사용한다면, 상기 구동용 로드(1242)가 횡방향 구획 부재(120)에 연결되는 위치는 힌지축(121)에 가까워질 수록 횡방향 구획 부재를 들어올리는 힘이 커지므로 주의하여야 한다.

그러나, 구동용 작동장치(1241)의 작동원으로 전자석을 이용하게 된다면, 상기 구동용 로드(1242)가 횡방향 구획 부재(120)에 연결되는 위치는 힌지축(121)에서 멀어 질수록 횡방향 구획 부재(120)를 들어 올리는 힘이 커지게 된다. 이는 구동용 로드(1242)가 움직이는 거리가 늘어나게 되어 전자석의 자력이 미치는 거리 또한 멀어져서 더 많은 전류의 공급이 필요하게 되기 때문이다.

따라서, 상기 구동용 작동장치(1241)의 작동원을 결정할 때 상기 구동용 로드(1242)의 횡방향 구획 부재(120)로의 연결위치를 함께 고려하여야 연결부위의 내구성 증가, 동력절감 등의 요구에 보다 잘 부응할 수 있을 것이다.

우선, 선박의 운항 정지 또는 횡방향 구획부재(120)의 사용이 불필요한 경우의 작동방식을 살펴본다.

상기와 같은 경우에는 하단 스토퍼(1254)가 도 8의 (a)와 같이 고정용 로드(1252)에 의해 걸려있으므로 횡방향 구획부재(120)가 후퇴 위치에 고정되어 있게 되며, 이 때 전자석을 이용한 구동용 작동장치(1241)에는 전류가 흐르지 않는다.

그러나, 선박의 운항 중에 횡방향 구획부재(120)의 사용이 필요한 경우가 발생하면, 전자석을 이용한 고정용 작동장치(1251)에 전류를 흘려 보내게 되고, 그 결과 고정용 로드(1252)가 후퇴하고, 전자석을 이용한 구동용 작동장치(1241)에는 전류가 흐르지 않으므로, 횡방향 구획부재(120)는 자체 하중에 의해 하방으로 내려오게 된다.

횡방향 구획부재(120)가 돌출 위치에 다다르면, 전자석을 이용한 고정용 작동장치(1251)에 흐르는 전류를 차단시키고, 그 결과 고정용 로드(1252)는 전진하여 상단 스토퍼(1253)를 고정시켜, 도 8의 (b)와 같이 횡방향 구획부재(120)를 돌출위치에 고정시키게 된다.

다시 선박의 운항 정지 또는 횡방향 구획부재(120)의 사용이 불필요한 경우가 발생하게 되면, 전자석을 이용한 고정용 작동장치(1251) 및 구동용 작동장치(1241)에 전류를 흘러 보내고, 그 결과 고정용 로드(1252)가 후퇴하면 횡방향 구획부재(120)는 전자석을 이용한 구동용 작동장치(1241)에 의해 상방으로 올라가게 된다.

횡방향 구획부재(120)가 후퇴 위치에 다다르면, 전자석을 이용한 고정용 작동장치(1251)에 흐르는 전류를 차단시키고, 그 결과 고정용 로드(1252)는 전진하여 도 8의 (a)와 같이 하단 스토퍼(1254)가 고정용 로드(1252)에 의해 고정되며 횡방향 구획부재(120)는 후퇴 위치에 고정되게 된다.

상기 횡방향 구획부재(120)의 후퇴위치 및 돌출위치의 도착여부는 운전자가 판단하여 전자석을 이용한 고정용 작동장치(1251) 및 구동용 작동장치(1241)를 구동시킨다. 그러나, 구동의 자동화를 위해서 실린더(1243) 내부의 상하단 스토퍼(1253, 1254)가 움직이는 궤적의 한계 위치에 리미트 스위치를 설치하여 그 신호를 받아 자동으로 고정용 로드(1252)를 작동시켜 횡방향 구획부재(120)의 움직임을 구동 및 고정시킬 수도 있다.

또한, 상단 스토퍼(1253)와 하단 스토퍼(1254) 사이에 스프링 로프(126)를 설치할 수도 있다. 그 결과 선박의 항해 도중 횡방향 구획부재(120)가 돌출위치에 있게 되는 경우에 발생하는 물과의 마찰저항을 스프링 로프(126)가 감쇄시켜 선박의 연료효율 및 횡방향 구획부재(120), 로드(1242, 1252)의 내구성을 증대시킬 수 있다.

또한, 상기 로드에는 여러 단의 스토퍼가 설치될 수 있고, 여러 단의 스토퍼에 의해 운전자가 횡방향 구획부재(120)의 움직임을 미세하게 조정할 수도 있다.

또한, 실린더(1243) 내부의 여러 단의 스토퍼가 움직이는 각 궤적의 위치에 리미트 스위치를 설치하여 그 신호를 받아 운전상항에 따라 자동으로 고정용 로드(1252)를 작동시켜 횡방향 구획부재(120)의 움직임을 구동 및 고정시킬 수도 있다.

상기 전자석을 이용한 작동장치들의 구동 전원은 선박 내부의 전원(미도시)을 사용한다. 이 경우 선박 내부의 전원(예를 들어, 440V, 220V)을 컨버터를 통하여 전극을 바꿔 사용할 수도 있다. 컨버터는 SCR 컨버터를 사용할 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 공기 공동 선박에서 복수의 공간구역으로 공기를 차등하여 공급하는 방법을 나타내는 개략도이다.

일반적으로, 공기 공동 선박에 있어서, 공기 공동 형성을 위한 공기공급에 소요되는 동력은 선박의 항해를 위한 연료소모 외에 추가적이 연료소모를 발생시켜 선박의 동력절감 효과를 반감시킬 수가 있다.

이러한 점을 고려하여, 공기 공동 선박의 공기 공동 형성을 위해 최적의 공기량을 각 공간 구역으로 공급하는 방법을 사용하여 선박의 동력사용을 상당 부분 절감시킬 수 있다.

공기 공동 선박에 있어서 평탄한 선저부에서 넓은 면적의 공기 공동층을 형성하기 위하여 선저부에 종방향으로 이격되도록 복수 개의 횡방향 구획부재를 설치하여 복수의 공간구역을 형성할 수 있으나, 도 9에서는 3부분(선수부, 선미부, 선수부와 선미부 사이)의 공간구역(151, 152, 153)을 형성한 경우를 실시예로 나타내었다.

종방향 구획부재(110)의 내측에 종방향 칸막이(111)가 부착되는 경우에는 추가로 복수의 공간구역을 형성할 수 있으며, 도 9에서는 2개의 종방향 칸막이(111)를 설치한 경우를 실시예로 나타내었다. 그 결과 총 9개의 격자형태의 공간구역들이 형성된다.

도 9의 공기 공동 선박는 와류를 유기하면서 공기공동을 형성할 수 있는 횡방향 구획부재(120), 공기 공동 내부의 공기 누출을 억제하는 종방향 구획부재(110), 선체 횡동요시 공기 누출을 억제하기 위한 종방향 칸막이(111)로 구성되며, 각각의 공간구역에는 공기 공동 형성을 위하여 횡방향 구획부재(120)의 후방 선저부에 설치된 공기 분사 노즐을 통하여 압축된 공기가 공급된다.

이 때, 선수부의 각각의 공간구역에 공기공동 형성에 필요한 공기량이 공급되어 형성되는 공기공동 패턴을 분석하면 공기공동 패턴은 공동 중앙부분보다 양쪽 측면에서 길이가 더 긴 ∩자 형상이 이루어지는 것을 확인할 수 있다.

이는 선수부의 횡방향 공간구역(151)의 양쪽 측면에 있는 종방향 구획부재(110)의 선미 쪽 가장자리에서 종방향 구획부재(110)를 따라 선체 후방으로 공기가 유출되기 때문에 발생되는 현상이다.

선수부의 횡방향 공간구역(151)의 양쪽 측면의 공간구역 내부의 공기 중 선체 후방으로 유출되는 공기는 선수부와 선미부 사이에 있는 횡방향 구획부재(120) 후방 양쪽 측면에 형성되는 와류 유동으로 인하여 선수부와 선미부 사이에 있는 횡방향 공간구역(152)의 양쪽 측면으로 다시 유입된다.

그 결과, 선수부의 횡방향 공간구역(151)의 양쪽 측면의 공간구역으로부터 선수부와 선미부 사이에 있는 횡방향 공간구역(152)의 양쪽 측면으로 유입되는 공기가 선수부와 선미부 사이의 공간구역(152)의 양쪽 측면의 공간구역의 공기공동 형성에 기여하므로, 선수부의 횡방향 공간구역(151)의 양쪽 측면의 공간구역 내부로 공급되는 공기량보다는 적은 양의 공기공급으로도 선수부와 선미부 사이에 있는 공간구역(152)의 양쪽 측면의 공간구역의 공기공동이 형성 될 수 있다.

또한, 선수부와 선미부 사이에 있는 공간구역(152)의 양쪽 측면의 공간구역 내부로 공급되는 공기는 상기와 같은 이유로 선수부의 공간구역(151)의 양쪽 측면의 공간구역으로 종방향 구획부재(110)를 따라 유입되므로, 선수부와 선미부 사이의 공간구역(152)의 양쪽 측면의 공간구역으로 공급되는 공기량보다 적은 양의 공기공급으로도 선미부의 공간구역(153)의 양쪽 측면의 공간구역의 공기공동이 형성될 수 있다.

따라서, 선수부에 위치하는 상기 공간구역(151)의 양쪽 측면의 공간구역에서 선미부에 위치하는 상기 공간구역(153)의 양쪽 측면의 공간구역으로 갈수록 공기 공급량을 작게 하여도 적절한 공기 공동의 형성이 가능하게 되고, 그 결과 공기 공급을 위한 동력의 사용을 줄일 수가 있고, 선박의 사용연료도 절감할 수 있다.

상기 공기 공동 선박의 공간 구역(151, 152, 153)의 양쪽 측면의 공간구역에서 선미부에 위치하는 상기 공간구역(153)으로 갈수록 공기량은 선박이 운전상황 등을 고려하여 40~80% 정도로 감소시켜 공기를 공급할 수 있다.

또한, 상기에 설명한 것과 같이 횡방향으로 열을 지어 늘어서 있는 각 공간구역(151, 152, 153)의 양쪽 측면의 공간구역에 대해 선수부의 상기 공간구역에서 선미부의 공간구역으로 갈수록 공기 공급량을 감소시키는 것 뿐만 아니라, 횡방향으로 열을 지어 늘어서 있는 각 공간구역(151, 152, 153)에 대해 선수부의 상기 공간구역(151)에서 선미부의 공간구역(153)으로 갈수록 공기 공급량을 감소시킬 수도 있다.

또한, 선박의 저부에 종방향으로 위치하고 있는 각 공간구역에 대해, 선수부의 상기 공간구역에서 선미부의 상기 공간구역으로 갈수록 공기 공급량을 감소시킬 수도 있다.

이는 선박의 운항 중 횡동요 등의 돌발변수나 선박운전상의 필요성에 따라 선수부의 각각의 공간구역에서 유출되는 공기가 선체 후방의 각각의 공간구역으로 유입되는 상황이 발생할 수도 있으므로, 횡방향으로 열을 지어 늘어서 있는 각 공간구역(151, 152, 153)의 양쪽 측면의 공간구역 뿐만 아니라 선박의 저부에서 종방향으로 위치하고 있는 각 공간구역에 대해서도 상기와 같은 선수부의 상기 공간구역에서 선미부의 상기 공간구역으로 갈수록 공기 공급량을 감소시킬 필요도 있기 때문이다.

상기의 공기공급 방법은 공기 공동이 선박의 선저부 면에 종방향/횡방향 구획부재가 돌출되도록 부착되어 형성되는 경우 뿐만 아니라 선저부의 면에 홈을 파서 공기공동을 형성하는 선박에도 적용할 수가 있다.

도 10, 도 11은 본 발명에 따른 공기 공동 선박의 또 다른 실시예인 횡방향/종방향 구획부재와 수밀수단의 전체적인 구성을 나타내는 개략적 도면으로, (a)는 선저부 평면도이고, (b)는 선저부를 위에서 바라본 사시도이며, (c)는 선저부의 정면도이다.

도 10의 (b), 도 10의 (c)는 횡방향/종방향 구획부재가 선저부(101) 면 위에 부착되어 횡방향 구획부재(120)가 일정 각도로 돌출하여 공기 공동을 위한 공간구역을 형성하는 경우를 도시하였지만, 선저부(101) 면에 홈을 파고 홈의 내측에 공기 공동을 형성하여 상기와 같이 횡방향 구획부재(120)를 일정각도로 구동하도록 구성되어 있는 공기 공동 선박에도 적용될 수 있다.

일반적으로, 구동가능한 횡방향 구획부재(120)를 공기공동선박에 사용한다면 횡방향 구획부재(120)와 종방향 구획부재(110)와의 간극에 의해 공기 공동을 형성하고 있는 공간구역으로 물이 유입될 수 있다. 따라서, 공기 공동 형성의 효율을 높이기 위해서는 상기의 간극을 수밀할 수 있는 수밀수단이 필요하게 된다.

도 10은 본 발명에 따른 일 실시예로 종방향 칸막이(111)를 선저부(101)에 하나만 설치하여 공기공동을 위한 공간 구역을 형성한 것인데, 종방향 칸막이(111)를 복수개로 설치할 수도 있다.

도 10에 도시된 본 발명의 구성은, 횡방향 구획부재(120), 종방향 구획부재(110), 수밀 수단(160)으로 이루어진다.

이하, 각 구성을 구체적으로 설명한다.

상기 횡방향 구획부재(120)가 평탄한 선저부(101)에서 돌출되어 있는 경우 물의 흐름은 선저부(101)와 횡방향 구획부재(120)의 표면을 따라 지나면서 횡방향 구획부재(120)의 길이방향 끝단부에서 이탈하는 와류유동이 유기된다.

이로인해 횡방향 구획부재(120)의 후방부에 국부적인 순환유동이 형성되고, 순환유동부 내에 공기가 공급되게 되면 공기공동이 형성된다. 이때 횡방향 구획부재(120)와 종방향 구획부재(110) 사이에 선체길이 방향으로의 큰 간극이 존재한다면 공기공동층을 형성하는 공간구역 내로 물이 유입되고, 유입된 물에 의해 공간구역 내로 공급되는 공기에 의한 공기 공동 형성이 효과적으로 이루어질 수 없게 된다.

이에 간극을 통한 선체길이 방향으로의 물의 유입을 방지하기 위하여 횡방향 구획부재(120)와 종방향 구획부재(110) 사이에 수밀수단을 설치하여, 횡방향 구획부재(120)가 후퇴위치에서 돌출위치에 다다랐을 때 횡방향 구획부재(120)의 전방부의 물이 후방부로 유입되는 것을 차단한다. 그 결과 선저부(101)의 공간구역에 형성된 공기공동층을 보다 확실하게 유지할 수 있다.

또한, 방오 특성과 탄성 특성이 높은 재질로 된 수밀수단(160)을 사용하거나, 상기와 같은 특성을 지닌 재질로 도포된 수밀수단(160)을 사용한다면, 수밀 성능 향상과 함께 오염물질 부착방지의 효과도 달성할 수 있다.

구체적으로, 상기 수밀수단(160)에는 플라스틱재질, 고무재질, 금속재질을 사용할 수 있다.

상기 수밀수단(160)은 횡방향 구획부재(120)에 설치될 수 있으며, 이러한 경우 횡방향 구획부재(120)와 일체형으로 제작될 수도 있고, 횡방향 구획부재(120)에 착탈식으로 제작되어 설치될 수도 있다. 착탈식으로 설치된다면, 수밀수단(160)의 마모나 손상 등이 발생했을 때 손쉽게 교체가 가능할 것이다.

이 때, 상기 수밀수단(160)의 횡방향 폭은 횡방향 구획부재(120)의 횡방향 길이의 5%~15%로 제작됨이 바람직하며, 상기 수밀수단(160)의 종방향 길이는 횡방향 구획부재(120)의 종방향 길이(횡방향 구획부재의 횡방향 끝단부의 길이)와 같게 제작되어 설치된다.

상기와 같이 수밀수단(160)이 제작된다면, 횡방향 구획부재(120)가 후퇴위치에 있게 되는 경우 수밀수단(160)도 후퇴위치에 있게 되어, 다음에 설명할 수밀수단(160)이 종방향 구획부재(110)의 면에 설치되어 항상 선체의 외부로 노출된 경우에 발생될 수 있는 노출된 수밀수단(160)에 의한 부가저항 등을 방지할 수 있고, 항상 외부로 노출된 수밀수단(160)에 오염물질이 부착되는 것을 막을 수도 있다.

그러나, 이 경우 횡방향 구획부재(120)의 구동시 수밀수단(160)도 항상 같이 움직이게 되므로, 수밀수단(160)의 마모가 커질 수 있고, 수밀수단(160)과 종방향 구획부재(110)의 면과 마찰이 발생하여 수밀수단(160)이 종방향 구획부재(110)에 설치된 경우보다 횡방향 구획부재(120)의 구동에 더 많은 동력이 필요하게 된다.

또한, 상기 수밀수단(160)은 종방향 구획부재(110)의 면에 설치될 수도 있으며, 이러한 경우 종방향 구획부재(110)의 면에 일체형으로 제작될 수도 있고, 종방향 구획부재(110)의 면에 착탈식으로 제작되어 설치될 수도 있다. 착탈식으로 설치된다면, 수밀수단(160)의 마모나 손상 등이 발생했을 때 손쉽게 교체가 가능할 것이다.

이 때, 상기 수밀수단(160)은 횡방향 구획부재(120)가 돌출위치로 되었을 때와 동일한 경사각으로 제작되며, 상기 수밀수단(160)의 횡방향 폭은 횡방향 구획부재(120)의 횡방향 길이의 5%~15%로 제작됨이 바람직하며, 상기 수밀수단(160)의 종방향 길이는 횡방향 구획부재(120)의 종방향 길이(횡방향 구획부재의 횡방향 끝단부의 길이)와 같게 제작되어 설치된다.

또한, 수밀수단(160)이 횡방향 구획부재(120)의 회전반경 내에서 횡방향 구획부재(120)의 임의의 회전각에 대응하도록 종방향 구획부재(110)의 면에 설치된다면, 선박의 운전상황에 따라 상기 횡방향 구획부재(120)를 상기 임의의 회전각에 맞춰 운전을 하여도 수밀이 원활히 이루어지므로 선저부(101)의 공간구역에 형성된 공기공동층이 계속적으로 유지될 수 있다.

또한, 도 10에는 수밀수단(160)이 종방향 구획부재(110)와 횡방향 구획부재(120) 사이의 간극을 수밀하기 위해 설치되었으나, 도 11에서와 같이 종방향 칸막이(111)에 의해 횡방향 구획부재(120)가 분리된 형태로 선저부의 공간구역이 구획된 경우라면, 횡방향 구획부재(120)가 종방향 구획부재(110) 뿐만 아니라 종방향 칸막이(111)와의 사이에서도 간극이 생길 수 있으므로 횡방향 구획부재(120)와 종방향 칸막이(111) 사이에도 수밀수단(160)을 설치하여야 할 것이다.

도12는 본 발명에 따른 공기 공동 선박의 또 다른 실시예인 굴곡형 공기 공동 선박의 개략도이며, (a)는 선저부 평면도, (b)는 굴곡형 선저부의 확대도 이다.

본 발명에 따른 공기 공동 선박의 공기 공동을 형성하기 위한 선저부의 공간구역은 도 2에서와 같이 선저부에 종방향 구획부재(110), 종방향 칸막이(111), 횡방향 구획부재(120)에 의해 형성될 수 있다.

상기의 공간구역은 도 2, 도 3에서와 같이 선저부(101)의 면은 그대로 두고 그 위에 종방향 구획부재(110), 종방향 칸막이(111), 횡방향 구획부재(120)를 설치하여 형성될 수도 있고, 선저부(101)의 면에 홈을 파고 홈의 내측에 종방향 구획부재(110), 종방향 칸막이(111), 횡방향 구획부재(120)를 설치하여 형성될 수도 있다.

이 경우, 횡방향 구획부재(120)는 선저부(101)에 고정되어 설치되거나, 구동 가능하게 설치될 수 있는 데, 횡방향 구획부재(120)가 선저부(101)에 고정되어 설치되는 경우에는 공기 공동 형성이 불필요한 상황이 발생하거나 해상의 파랑상태에 따라 선체의 과도한 운동 즉 대각도의 횡동요나 종동요가 발생하여 공기 공동이 형성되지 못하는 상황이 발생할 때 돌출된 횡방향 구획부재(120)에 의해 부가저항이 유발될 수 있고, 이로 인해 속도 성능 저하가 야기될 수 있다.

그러나, 횡방향 구획부재(120)를 구동 가능하게 설치한다면, 상기와 같은 공기 공동 형성이 불필요한 상황이나, 공기 공동이 형성되지 못하는 상황이 발생하여도 횡방향 구획부재(120)를 후퇴위치로 이동시킬 수 있어 부가저항의 발생을 방지할 수 있게 있다.

따라서, 상기와 같이 횡방향 구획부재(120)를 후퇴위치로 이동시킬 필요가 있는 경우 도 12의 (a), (b)와 같이 횡방향 구획부재(120)를 수용할 수 있도록 선저부의 면에 내측으로 굴곡되어 오목해 지는 부분을 형성시켜 후퇴위치에서 횡방향 구획부재(120)를 오목한 부분에 수용시킨다면, 횡방향 구획부재(120)에 의해 발생할 수도 있는 부가저항을 완벽히 차단할 수 있게 된다.

상기의 굴곡된 오목한 부위의 횡방향 길이 및 종방향 길이는 도 12의 (a), (b)와 같이 횡방향 구획부재(120) 전체를 수용할 수 있도록 횡방향 구획부재(120)의 횡방향 길이 및 종방향 길이와 동일하게 제작될 수 있다.

만약, 수밀수단(160)이 횡방향 구획부재(120)에 설치된다면 상기의 굴곡된 오목한 부위의 횡방향 길이는 수밀수단(160)의 횡방향 길이까지도 고려하여 횡방향 구획부재(120) 및 수밀수단(160)의 총 횡방향 길이와 동일하게 제작될 수 있다.

상기의 굴곡된 오목한 부위의 선체의 내측으로의 깊이는 횡방향 구획부재(120)의 두께와 선체의 내측에 설치되는 힌지수단 등을 고려하여 결정하여야 하며, 또 횡방향 구획부재(120)의 회전각도도 고려하여 횡방향 구획부재(120)가 돌출위치일때 선체와 횡방향 구획부재(120)간의 간섭이 발생하지 않게 제작되어야 한다.

또한, 도 11에서와 같이 종방향 칸막이(111)에 의해 횡방향 구획부재(120)가 분리된 형태로 선저부의 공간구역이 구획된다면, 상기의 굴곡된 오목한 부위 또한 분리된 형태로 선저부(101)에 형성되어야 할 것이다.

도 13은 본 발명에 따른 공기 공동 선박의 공기 공동 측정을 위한 계측기가 설치된 경우를 나타내는 개략도이다.

항해시에 선박의 저부에 형성된 공간구역 내의 공기층은 항상 일정하게 유지 되는 것이 아니라, 선박의 운전상태나 주위 파랑에 의한 횡·종동요, 기타 사유로 공기층은 일정부분 계속 감소하게 된다.

따라서, 이렇게 공기층이 감소된 상태를 계속 유지하거나, 공간구역 내로 적절한 공기층의 재형성을 위해 공기의 재주입 작동을 적절한 순간에 하지 않는다면, 선저부에 형성된 구획부재에 의해 물에 의한 마찰저항이 오히려 증가하여 선박의 운전효율은 저하될 수밖에 없다.

이러한 경우의 발생을 방지하기 위해, 도 13의 (a)와 도 13의 (b)에 공기 공동 측정을 위한 계측기가 설치된 선박의 개략도를 도시하였다.

상기의 계측기에는 초음파 계측기(301)나 레이다 계측기(302)가 바람직하다.

초음파 계측기(301)는 선저부에 형성된 공기층으로 음파를 발사한 후, 음파가 공기층을 지나 물의 표면에서 반사되어 되돌아올 때 그 시간을 측정하여 거리신호를 전달하고, 레이다 계측기(302)는 선저부에 형성된 공기층으로 전자기파를 발사한 후, 전자기파가 공기층을 지나 물의 표면에서 반사되어 되돌아올 때 그 시간을 측정하여 거리신호를 전달한다.

상기의 계측기(301, 302)에 의해 전달된 거리신호는 운전자가 지정한 단위로 환산되어 운전자에게 전달되며, 이로써 공기층의 두께를 알 수 있게 되고, 운전자는 선저부의 공간구역내에 적절한 공기층이 유지되도록 공기분사노즐(231)과 연결된 공기밸브(245)의 개도를 조절하게 된다.

상기의 동작은 자동화될 수도 있으며, 이 경우에는 상기의 거리신호를 PLC와 같은 제어장치에 보내고, 제어장치에서 계산된 적절한 신호의 값으로 공기분사노즐(231)과 연결된 공기밸브(245)의 개도를 조절케 하여 적절한 공기층의 두께를 자동으로 조절한다.

도 13의 (a)와 같이 초음파 계측기(301)를 선저부에 설치하는 경우에는 계측기의 설치 위치에 별도의 유지·보수용 공간을 추가하여 운전자의 편의를 고려할 수 있다.

그러나, 도 13의 (b)와 같이 레이다 계측기(302)를 선박에 설치하는 경우 선박의 갑판 상부에 설치할 수 있고, 계측기가 선박의 갑판 상부에 설치되므로 계측기의 유지·보수용 공간이 필요없게 된다.

단, 계측기가 설치된 갑판 상부로부터 선저부까지 연결된 계측용 배관이 설치되어야 하며, 이 배관은 밸러스트 탱크(ballast tank)를 통과하여 설치하여, 설치공간확보의 노력을 줄일 수 있다.

본 발명의 공기 공동 측정을 위한 장치는 선저부는 그대로 두고, 그 위에 돌출되게 부착되는 구획 형성 부재에 의해 공기 공동을 위한 공간구역이 형성되는 공기 공동 선박에서 사용할 수 있지만, 종래의 선저부의 홈 내에 형성되는 공기 공동을 갖는 선박에서도 사용될 수 있다.

도 14는 본 발명에 따른 공기 공동 선박의 유압 작동식 가동구획부재를 나타내는 개략도이다.

도 14의 (a)는 선박의 운항 정지 또는 가동 구획 부재인 횡방향 구획부재(120)의 사용이 불필요하여 횡방향 구획부재(120)를 후퇴위치에 놓이게 한 도면이며, 도 14의 (b)는 선박의 운항 중 횡방향 구획부재(120)의 사용이 필요한 경우에 횡방향 구획부재(120)를 돌출위치에 놓이게 한 도면이다.

본 실시예는 도 14에서와 같이 횡방향 구획부재(120), 유압 전달용 로드(1273), 유압실린더(1271), 유압라인(1274)으로 구성된다.

상기 횡방향 구획부재(120)는 선저부에서 폭방향으로 연장되도록 설치된다.

상기 유압 전달용 로드(1273)는 일단부가 상기 횡방향 구획부재(120)의 선수부측에 고정되어 연결되고, 나머지 일단부는 유압실린더 로드(1272)에 회전가능하게 연결되어 상기 유압실린더(1271)로부터의 유압의 힘을 상기 횡방향 구획부재(120)에 전달한다.

상기 유압 전달용 로드(1273)의 일단부는 상기 횡방향 구획부재(120)와 고정되어 있고, 나머지 일단부는 유압 실린더 로드(1272)와 회전가능하게 연결되어 있으므로, 상기 유압실린더(1271)로 제공되는 유압에 의해 상기 유압실린더 로드(1272)가 움직여 상기 횡방향 구획부재(120)를 후퇴위치와 돌출위치 사이에서 회전하도록 할 때 상기 유압전달용 로드(1273)도 상기 횡방향 구획부재(120)의 회전각 만큼 회전이 가능해진다.

상기 유압전달용 로드(1273)의 길이를 길게 할수록 회전력이 커지므로 상기 횡방향 구획부재(120)를 회전시키기 위해 상기 유압실린더(1271)로 제공되어야 하는 유압의 힘은 작아진다. 따라서, 상기 유압전달용 로드(1273)의 길이를 길게하는 경우 그 만큼 유압장치의 용량을 작게 설계할 수 있다. 그러나, 상기 횡방향 구획부재(120)를 회전시키기 위한 회전력이 증가하므로 상기 유압전달용 로드(1273)의 강도는 상기 회전력의 증가에 따라 증가되어야 하고, 따라서, 상기 유압전달용 로드(1273)를 고강도의 재질을 사용하거나, 두께를 증가시켜야 제작하여야 한다.

상기 유압실린더(1271)는 상기 횡방향 구획부재(120)를 구동하기 위해 상기 유압실린더 로드(1272)를 움직여 상기 유압전달용 로드(1273)에 상기 횡방향 구획부재(120)를 구동하기 위한 구동력을 제공한다.

상기 유압실린더(1271)는 선저부의 내측 면에 고정이 되며, 그 결과 상기 횡방향 구획부재(120)를 회전시키기 위한 힘이 상기 유압실린더(1271)로부터 상기 유압전달용 로드(1273)에 가해지게 된다. 이 때 상기 유압실린더(1271)가 선저부의 내측 면에 고정될 때, 회전가능한 형태로 고정이 되어야 상기 횡방향 구획부재(1273)가 회전할 때 발생하는 상기 유압전달용 로드(1273)의 회전이 상기 유압실린더(1271)를 회전시키는 것을 흡수할 수 있으며, 그 결과 고정될 경우 상기 유압실린더(1271)의 회전으로 고정된 부위가 파손되는 것을 방지할 수 있다.

상기 유압라인(1274)은 상기 유압실린더에 유압을 공급한다.

이하 본 실시예의 작동 방식을 설명한다.

우선, 선박의 운항 정지 또는 횡방향 구획부재(120)의 사용이 불필요한 경우의 작동방식을 살펴본다.

상기와 같은 경우에는 도 14의 (a)와 같이 상기 유압실린더(1271)에 연결되어 있는 유압라인(1274)을 통해 유압을 공급한다.

상기 유압실린더(1271)로 공급된 유압은 도 14의 (a)와 같이 상기 유압실린더 로드(1272)를 밀어내게 되고, 상기 유압실린더 로드(1272)와 회전가능하게 연결된 상기 유압전달용 로드(1273)는 상기 횡방향 구획부재(120)와 고정되어 연결되어 있어서 시계방향으로 회전하게 된다. 그 결과 상기 유압전달용 로드(1273)에 연결된 상기 횡방향 구획부재(120)도 시계방향으로 회전을 하게 되어 상기 횡방향 구획부재(120)는 후퇴위치에 있게 된다.

그러나, 선박의 운항 중에 횡방향 구획부재(120)의 사용이 필요한 경우가 발생하면, 도 14의 (b)와 같이 상기 유압실린더(1271)에 연결되어 있는 유압라인(1274)의 유압을 제거한다.

상기 유압실린더(1271)에서 제거된 유압은 도 14의 (b)와 같이 상기 유압실린더 로드(1272)를 당기게 되고, 상기 유압실린더 로드(1272)와 회전가능하게 연결된 상기 유압전달용 로드(1273)는 상기 횡방향 구획부재(120)와 고정되어 연결되어 있어서 반시계 방향으로 회전하게 된다. 그 결과 상기 유압전달용 로드(1273)에 연결된 상기 횡방향 구획부재(120)도 반시계 방향으로 회전을 하게 되어 상기 횡방향 구획부재(120)는 돌출위치에 있게 된다.

상기와 같은 동작을 하는 동안 유압실린더(1271)로 공급되는 유압조절밸브를 운전자가 조절하거나, PLC와 같은 제어장치를 사용하여 조절한다면, 상기 횡방향 구획부재(120)를 운전자가 원하는 일정한 위치에 고정시킬 수 있어 상기 횡방향 구획부재(120)의 미세한 구동이 가능하게 되어 상기 횡방향 구획부재(120)의 구동에 있어 선박의 운항상황에 따른 적절한 대처가 가능해진다.

또한, 상기의 실시예는 선저부에 다수의 구획부재를 설치하여 다수의 공기층을 위한 공간구역이 형성되는 선박에서도 횡방향 구획부재를 수용하기 위해 사용될 수 있고, 선저부는 그대로 두고 그 위에 돌출되게 부착되는 구획 형성 부재에 의해 공기 공동을 위한 공간구역이 형성되는 경우 뿐만 아니라 종래의 선저부의 홈 내에 형성되는 공기 공동을 갖는 선박에서도 사용될 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

100 : 공기 공동 선박
101 : 선저부
110 : 종방향 구획 부재
111 : 종방향 칸막이
120 : 횡방향 구획 부재
121 : 힌지축
122 : 유압식 잭
123 : 가동수단
124 : 구동장치
1241 : 구동용 작동장치
1242 : 구동용 로드
1243 : 실린더
125 : 고정장치
1251 : 고정용 작동장치
1252 : 고정용 로드
1253 : 상단 스토퍼
1254 : 하단 스토퍼
126 : 스프링 로프
1271 : 유압 실린더
1272 : 유압 실린더 로드
1273 : 유압 전달용 로드
1274 : 유압 라인
129 : 유압 라인
131 : 공기분사노즐
132 : 공기압축기
133 : 공기공급관
141 : 공기흡입구
142 : 기액분리기
143 : 제2 공기압축기
144 : 연결관
151 : 선수부의 공간구역
152 : 선수부와 선미부 사이의 공간구역
153 : 선미부의 공간구역
160 : 수밀수단
241 : 공기흡입구
242 : 기액분리기
244 : 수위센서
243 : 재순환 공기압축기
250 : 공기저장용기
260 : 공기압축기
301 : 초음파 계측기
302 : 레이다 계측기

Claims (4)

1. 공기 공동 선박에 있어서,
   선저부를 종방향으로 구획하기 위해 선저부로부터 돌출되도록 선저부의 양측에 각각 별도의 부재로 부착되는 종방향 구획부재;
   상기 종방향 구획부재와 협동하여 선저부에 공기 공동을 위한 공간구역을 형성하기 위해 선저부에서 폭방향으로 연장되는 횡방향 구획부재;
   일단부는 상기 횡방향 구획부재의 선수부측에 고정되어 연결되고, 나머지 일단부는 유압실린더 로드에 회전가능하게 연결되는 유압 전달용 로드;
   상기 유압 전달용 로드를 포함하고 있는 유압실린더; 및
   상기 유압실린더에 유압을 공급하는 유압라인;을 포함하고,
   상기 횡방향 구획부재는 선저부 면과 동일 높이로 연장되는 후퇴위치와 선저부 면으로부터 돌출위치 사이에서 이동 가능하고, 상기 돌출위치는 상기 횡방향 구획부재의 후방 단부가 돌출되어 경사지게 형성되는 것;
   을 특징으로 하는 유압작동식 가동구획부재를 갖는 공기 공동 선박.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 횡방향 구획부재는 후퇴위치에서 선저부 표면의 내측에 형성된 오목한 부분에 수용되며, 돌출위치에서 최대의 회전각을 갖도록 구동되는 것;
   을 특징으로 하는 유압작동식 가동구획부재를 갖는 공기 공동 선박.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 횡방향 구획부재는 상기 선박의 종방향으로 2 이상 설치되며,
   상기 오목한 부분은 상기 2 이상 설치되는 횡방향 구획부재를 수용할 수 있도록 2 이상 설치되는 것;
   을 특징으로 하는 유압작동식 가동구획부재를 갖는 공기 공동 선박.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 공간구역을 복수의 공간구역으로 분할하기 위해 선저부로부터 돌출되도록 상기 종방향 구획부재의 내측에 부착되는 종방향 칸막이;를 포함하고,
   상기 횡방향 구획부재는 상기 종방향 칸막이에 의하여 횡방향으로 분할되어 복수 개 설치되는 것;
   을 특징으로 하는 유압작동식 가동구획부재를 갖는 공기 공동 선박.
   

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