KR101247773B1 - 선박의 추진시스템 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

Abstract

선박의 추진시스템 및 이를 포함하는 선박이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 선박의 추진시스템은 선박의 추진을 위하여 한 쌍의 프로펠러를 포함하는 추진시스템에 있어서, 한 쌍의 프로펠러는 제1프로펠러와 제1프로펠러의 상부에 배치되는 제2프로펠러를 포함하고, 제2프로펠러의 상단은 선박의 만재흘수선과 같거나 낮은 위치에 위치하고 제1프로펠러의 상단은 선박의 공선 항해시의 선미흘수선과 같거나 낮은 위치에 위치한다.

Description

선박의 추진시스템 및 이를 포함하는 선박{PROPULSION SYSTEM FOR SHIP, AND SHIP HAVING THE SAME}

본 발명은 선박의 추진시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상하로 배치된 한 쌍의 프로펠러를 가지는 선박의 추진시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.

일반적으로, LNG 운반선, 유조선, 벌크선의 등의 화물 선박에서, 발라스트 탱크(ballast tank) 내에 채워지는 발라스트 수(ballast water)는 화물의 선적 및 하역에 의해 선박의 무게중심이 변동되는 것을 최소화하여 안전한 항해가 가능하도록 돕는다. 선적된 화물이 없는 경우에는 화물이 선적된 것과 동일하게 선박의 일정부분이 수면 아래 위치 할 수 있도록 발라스트 탱크에 발라스트 수를 유입시켜 운항하도록 하고 있다.

화물 등을 적재하지 않는 공선 항해시에 발라스트 수를 채우지 아니하면 적당한 흘수(Draft)를 확보할 수 없어 부력에 의해 프로펠러의 적어도 일부가 수면 위로 들어나게 된다. 이에 따라 프로펠러의 효율이 급격히 떨어지게 되어 선박의 추진이나 조종이 어렵게 된다. 따라서, 공선 항해시에도 발라스트 탱크에 발라스트 수를 채움으로써 프로펠러가 수면 아래에 잠기도록 하여 프로펠러의 효율저하를 방지하게 된다.

특히, 화물로서 LNG나 원유 등을 운반하는 선박의 경우, 화물 적재부의 구조를 이중 격벽 구조로 만들어 안쪽공간을 화물 탱크로 사용하고, 바깥쪽(즉, 해수와 접하는 쪽) 공간을 발라스트 탱크로 사용하도록 규정되어 있다. 이는 선박의 외부 충돌시 화물의 유출을 막음과 동시에 선박의 안전 운항을 위한 것이기도 하다.

그런데, 이러한 발라스트 수는 특정 해역의 생물 또는 병원균 등을 다른 해역으로 전파시키는 매체가 되는 문제점이 있다. 즉, 발라스트 탱크에 채워지는 발라스트 수로서는 대부분 해수가 사용되는데, 발라스트 수에는 각종 해양 생물 및 병원균 등이 포함될 수 있으며, 이러한 발라스트 수의 유입과 유출이 서로 다른 지역에서 이루어지게 되므로, 발라스트 수의 유입시 함께 유입된 특정 해역의 해양 생물 또는 병원균이 다른 해역으로 유출됨에 따라 환경과 생태계를 교란시키는 부작용을 유발하게 된다.

이에 따라, IMO(국제해양기구)는 향후 발라스트 수의 유출시 발라스트 수를 소독하거나 필터링(filtering)하여 발라스트 수에 포함된 해양 생물이나 병원균을 처리하는 과정을 거치는 장비를 설치하도록 할 예정이다.

그러나, 이렇게 발라스트 수를 처리하는 발라스트 수 처리 설비는 고가이고, 선박 내에서 넓은 설치 공간을 필요로 하므로, 경제적인 선박 설계에 장애 요소가 되는 문제점이 있으며, 환경 및 생태계 파괴 문제를 완벽하게 해결할 수 없는 문제점이 있다.

또한, 이러한 발라스트 수 처리 설비를 가동하는 데에 많은 전력이 소요되어 경제성이 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 발라스트수는 공선시에는 펌프를 통해 선체 내의 발라스트 탱크를 채우게 되는데, 이를 위해 대형 펌프가 요구되며 이로 인하여 발전기의 용량이 커지게 되는 문제점이 있다.

본 발명의 실시 예들은 상하로 복수의 프로펠러를 마련하여 선박에 적재되는 화물량에 따라 복수의 프로펠러 중 수면 아래에 잠긴 프로펠러만을 선택적으로 구동시킴으로써 발라스트수를 사용하지 않고 항해할 수 있는 추진시스템 및 이를 포함하는 선박을 제공한다.

또한, 상하로 배치된 복수의 프로펠러를 상호 반전 회전시킴으로써, 추진효율을 향상시킬 수 있는 추진시스템을 갖는 선박을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선박의 추진을 위하여 한 쌍의 프로펠러를 포함하는 추진시스템에 있어서, 상기 한 쌍의 프로펠러는 제1프로펠러와 상기 제1프로펠러의 상부에 배치되는 제2프로펠러를 포함하고, 상기 제2프로펠러의 상단은 상기 선박의 만재흘수선과 같거나 낮은 위치에 위치하고 상기 제1프로펠러의 상단은 상기 선박의 공선 항해시의 선미흘수선과 같거나 낮은 위치에 위치할 수 있다.

또한, 상기 제2프로펠러의 하단은 상기 선박의 공선 항해시의 선미흘수선보다 높은 위치에 위치할 수 있다.

또한, 상기 제1프로펠러의 직경은 상기 제2프로펠러의 직경보다 클 수 있다.

또한, 상기 제1프로펠러와 상기 제2프로펠러의 중심은 상하방향으로 동일 수직축 선상에 위치할 수 있다.

또한, 상기 제1프로펠러와 상기 제2프로펠러의 동시 구동시 상기 제 1,2프로펠러1 및 2프로펠러의 회전방향은 상호 반대될 수 있다.

또한, 상기 제1프로펠러에 회전력을 제공하는 제1동력발생장치를 포함하고, 상기 제1동력발생장치의 회전력을 제2프로펠러에 반전시켜 전달하는 반전회전장치를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1프로펠러를 구동하는 제1동력발생장치와, 상기 제2프로펠러를 구동하는 제2동력발생장치와, 상기 선박의 흘수를 측정하는 감지부와, 상기 감지부의 측정값에 따라 상기 제1및 제2동력발생장치를 선택적으로 구동시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 제어부는 상기 측정값이 만재 흘수로 판단되면 상기 제1 및 제2동력발생장치를 동시에 구동시킬 수 있다.

상기 제어부는 상기 측정값이 공선시 흘수로 판단되면 상기 제1동력발생장치를 단독으로 구동시킬 수 있다.

상기 반전회전장치는 상기 제1동력발생장치와 상기 제2프로펠러의 동력전달경로를 선택적으로 차단하는 착탈유닛을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 선미방향으로 돌출된 제1선미보스와, 상기 제1선미보스의 상부에서 선미방향으로 돌출된 제2선미보스와, 상기 제1선미보스에 회전가능하게 장착된 제1구동축에 고정되는 제1프로펠러와, 상기 제2선미보스에 회전가능하게 장착된 제2구동축에 고정되는 제2프로펠러를 포함하고, 상기 제2프로펠러의 상단은 상기 선박의 만재흘수선과 같거나 낮은 위치에 위치하고 상기 제1프로펠러의 상단은 상기 선박의 공선 항해시의 선미흘수선과 같거나 낮은 위치에 위치하는 선박이 제공될 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2프로펠러의 후방에 배치되는 러더를 더 포함하고, 상기 러더의 상하 길이는 상기 제1 및 제2프로펠러의 직경의 합보다 길거나 같을 수 있다.

또한, 상기 선박의 공선 항해시에는 상기 제1프로펠러가 구동되고, 상기 선박의 만재 항해시에는 상기 제1 및 제2프로펠러가 구동될 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2프로펠러는 상호 반대방향으로 회전 구동될 수 있다.

또한, 상기 제1구동축에 결합되는 제1동력발생장치를 포함하고, 상기 제1동력발생장치의 회전력을 제2구동축에 반전시켜 전달하는 반전회전장치를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1구동축에 결합되는 제1동력발생장치와, 상기 제2구동축에 결합되는 제2동력발생장치를 포함할 수 있다.

또한와, 상기 반전회전장치는 상기 제1동력발생장치와 상기 제2프로펠러의 동력전달경로를 선택적으로 차단하는 착탈유닛을 더 포함할 수 있다.

상기 선박의 흘수를 측정하는 감지부와, 상기 감지부의 측정값에 따라 상기 제1및 제2동력발생장치를 선택적으로 구동시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 제어부는 상기 측정값이 만재 흘수로 판단되면 상기 제1구동축과 상기 제2구동축의 회전방향이 상호 반대되게 상기 제1 및 제2동력발생장치를 동시에 구동시킬 수 있다.

상기 제어부는 상기 측정값이 공선시 흘수로 판단되면 상기 제1동력발생장치를 단독으로 구동시킬 수 있다.

상기 반전회전장치는 상기 제1동력발생장치와 상기 제2프로펠러의 동력전달경로를 선택적으로 차단하는 착탈유닛을 더 포함할 수 있다.

상기 반전회전장치는 상기 제1구동축과 상기 제2구동축 중 어느 하나에 결합된 제1기어부와, 상기 제1구동축과 상기 제2구동축 중 다른 하나에 결합되는 제2기어부를 포함하고, 상기 착탈유닛은 상기 제2기어부를 상기 제1기어부와 치합되는 위치 및 이격되는 위치로 이동시킬 수 있다.

또한, 상기 착탈유닛은 상기 제 2 기어부가 상기 제 2 구동축을 따라 슬라이딩 가능하도록 하는 유압모듈과, 상기 제 2 기어부를 지지하며 상기 유압모듈의 유압력을 상기 제 2 기어부에 전달하는 가이드부재를 포함할 수 있다.

또한, 상기 선박의 흘수를 측정하는 감지부와, 상기 감지부의 측정값에 따라 상기 제1 및 제2프로펠러 중 수중에 잠겨있는 프로펠러만을 구동시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 선박은 발라스트수가 공급되지 않을 수 있다.상기 제어부는 상기 감지부의 측정값을 통해 상기 선박의 흘수를 파악하고, 상기 선박의 흘수를 기준으로 상기 제1프로펠러와 상기 제2프로펠러가 동시에 수중에 잠겨있는지, 제1프로펠러만이 잠겨있는지를 판단하고, 상기 제1 및 제2프로펠러 중 수중에 잠겨있는 프로펠러만을 구동시킬 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 제2프로펠러의 상단은 선박의 만재흘수선과 같거나 낮은 위치에 위치하고 제1프로펠러의 상단은 선박의 공선 항해시의 선미흘수선과 같거나 낮은 위치에 위치시켜, 공선시에 수면아래의 제1프로펠러만을 구동시켜 선박을 운항함으로써 공선시에도 발라스트수 없이 운항이 가능하게 된다. 이에 따라 발라스트수로 인한 환경 및 생태계 파괴 문제를 해결할 수 있으며, 별도의 발라스트 수 처리 설비 및 발라스트 탱크가 필요 없게 되어 경제적인 선박 설계가 가능하게 된다.

또한, 상하로 배치된 한 쌍의 프로펠러를 상호 반대로 회전시킴으로써, 프로펠러의 구동에 의한 회전류를 감소시켜 추진효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 추진시스템이 장착된 선박의 요부를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 실시예의 일 변형예를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 실시예의 다른 변형예를 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 선박의 공선 운항시 운항상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 선박의 만선 운항시 운항상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시 예에 의한 추진시스템의 제어 블록도이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 추진시스템이 장착된 선박의 요부를 나타낸 도면이다.
도 8은 다른 실시 예에 의한 추진시스템의 제어 블록도이다.

이하에서는 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시 예를 첨부도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 일 실시예에 따른 추진시스템이 장착된 선박의 요부를 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 선박(10)은 대량의 화물을 운송하기 위한 화물선일 수 있으며, 자원이나 화물을 운반하기 위한 건화물선(Dry cargo ship) 또는 석유나 석유 이외의 액체화물, 즉 LPG, LNG 등을 운반하는 탱커(tanker), 기타 다양한 종류의 상선 등을 포함할 수 있으며, LNG-FPSO(Floating Production Storage Offloading) 등의 부유식 해상 구조물을 포함할 수 있다.

선박(10)의 선미 부분에는 선박(10)을 추진시키고 주행시키기 위한 추진시스템(20)과, 추진시스템(20)의 후방에 장착되어 선박의 진행방향을 조정하기 위한 러더(30)가 마련된다.

추진시스템(20)은 제1추진장치(40)와, 제1추진장치(40)의 상부에 마련된 제2추진장치(50)를 포함한다.

제1추진장치(40)는 제1동력발생장치(41)와, 제1동력발생장치(41)와 연결되며 제1선미보스(12)에 회전 가능하게 고정된 제1구동축(42)과, 제1구동축(42)에 결합되어 선박(10)에 추진력을 제공하는 제1프로펠러(43)를 포함한다.

제2추진장치(50)는 제2동력발생장치(51)와, 제2동력발생장치(51)와 연결되며 제2선미보스(13)에 회전 가능하게 고정된 된 제2구동축(52)과, 제2구동축(52)에 결합되어 만선 운항시 선택적으로 선박에 추진력을 제공하는 제2프로펠러(53)를 포함한다.

제1 및 제2 프로펠러(43,53)의 후방에는 선박(10)을 조정하기 위한 러더(30)(rudder)가 구비되고, 러더(30)는 선체(11)에 고정되어 형성되는 러더혼(31)(rudder horn)과, 러더혼(31)에 회동 가능하게 설치되는 러더 가동부(33)를 포함한다.

러더 가동부(33)는 러더혼(31)의 하단에 마련되는 고정축(미도시)에 결합되어 고정축을 중심으로 좌우로 회전함으로써 선박(10)의 진행방향을 조정한다.

러더 가동부(33)의 높이(H3)은 제1프로펠러(43)의 높이(H1)와 제2프로펠러의 높이(H2)의 합보다 크게 하여 러더(30)의 선박 조정력을 원활하게 확보할 수 있다.

동력발생장치(41,51)는 선박(10)의 선미 하부의 선체(11)에 마련된 구획공간(61,62)에 배치되는 가스터빈 또는 슬로우 디젤 엔진(slow diesel engin)과 같은 장치일 수 있으나, 이에 한정되지 아니하며 전기를 이용하는 모터 등 다양한 장치로 구성될 수 있다.

선체(11) 내부에 마련된 구획공간(61,62)은 상부 구획공간(62)과 하부 구획공간(61)을 구비하고, 하부 구획공간(61)에는 제1동력발생장치(41)가 수용될 수 있으며, 상부 구획공간(62)에는 제2동력발생장치(51)가 수용될 수 있다. 또한, 도면에 도시되지 아니하였으나, 설계에 따라서는 하나의 구획 공간내에 제1 및 제2동력발생장치가 같이 수용될 수도 있다.

제1 및 제2 동력발생장치(41,51)의 직접적인 동력을 전달받아 회전하는 한 쌍의 구동축(42,52)은 소정간격 이격된 상태에서 상하방향으로 실질적으로 동일한 수직선상에 배치되며 단부에는 제1 및 제2구동축(42,52)과 중심이 일치하는 제1 및 제2 프로펠러(43,53)가 각각 결합되게 된다.

제1 및 제2 프로펠러(43,53)는 각각 선박(10)의 선체(11) 내에 배치되는 제1 및 제2 동력발생장치(41,51)에 의하여 동력을 전달받아 회전함으로써 선박(10)의 추진력을 발생시킨다.

제1구동축(42)에 결합되는 제1프로펠러(43)는 제2구동축(52)에 결합되는 제2프로펠러(53)의 실질적으로 수직한 하부에 위치하고, 제1프로펠러(43)의 상단은 선박(10)의 공선 항해시의 선미흘수선(A)과 같거나 낮은 위치에 위치된다. 따라서, 발라스트수의 공급이 없는 경우에도 제1프로펠러(43)가 수면아래에 잠긴 상태에서 동작 가능하게 되어 제1프로펠러(43)의 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.

제2구동축(52)에 결합되는 제2프로펠러(53)는 제1프로펠러(43)의 실질적으로 수직한 상부에 위치하고, 제2프로펠러(53)의 상단은 선박(10)의 만재 항해시의 만재흘수선(B)과 같거나 낮은 위치에 위치된다. 따라서, 선박(10)에 화물을 만재시켜 운항하는 경우 제1프로펠러(43) 및 제2프로펠러(53)가 전체적으로 수면아래에 잠긴 상태에서 동작하게 된다. 또한, 제2프로펠러(53)의 하단은 공선 항해시의 선미흘수선(A)보다 높은 위치에 위치되도록 하여 발라스트수가 공급되지 아니한 상태에서 선박이 공선으로 항해하는 경우, 제2프로펠러(53)가 전체적으로 수면 위에 위치되도록 하여 제2프로펠러(53)에 의한 저항을 방지할 수 있게 된다. 이 때, 수면 위에 위치된 제2프로펠러(53)는 구동하지 아니한다.

이러한 일 실시예의 구성으로, 발라스트수의 공급이 없는 공선 항해시, 제2프로펠러(53)는 수면 위에 위치하고, 제1프로펠러(43)만이 수면에 잠긴 상태를 유지할 수 있게 된다. 이 때, 선박(10)은 수면에 완전히 잠겨있는 제1프로펠러(43)만을 구동시켜 운항하게 된다. 따라서, 발라스트수의 공급이 없는 경우에도 구동되는 프로펠러 일부분도 수면위로 노출되지 아니하여 프로펠러의 효율 저감없이 선박을 운항시킬 수 있게 된다. 그러나 이에 한정되지 않고 선박의 화물이 모두 하역되고, 발라스트수의 공급이 있는 경우에도 본 발명이 적용될 수 있다.

즉, 화물이 모두 하역된 상태에서 공급되는 발라스트수의 공급량을 고려하여 초기 흘수, 제 1 프로펠러 및 제 2 프로펠러의 위치를 결정할 경우, 화물이 모두 하역된 상태에서는 제 1 프로펠러(43)만이 수면에 잠겨 운항이 가능하도록 하고, 만재 상태에서는 제 1 및 2프로펠러(43, 53)가 모두 수면에 잠겨 운항이 가능하도록 할 수 있다. 이러한 경우에서는 상기 제 1 및 2 프로펠러(43,53)의 반전회전을 통하여 추진 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 만재 항해시 선박(10)은 수면아래에 완전히 잠겨있는 제1 및 제2프로펠러(43,53)를 모두 구동하여 운항한다. 이때, 제1프로펠러(43)와 제2프로펠러(53)는 상호 반대로 회전 구동되도록 하여 회전류의 발생을 저감하여 에너지 손실을 최소화함으로써 추진효율을 향상시킬 수 있다. 본 실시예에서는 제1프로펠러(43)와 제2프로펠러(53)의 회전방향을 반대로 하고 있으나, 설계에 따라서는 제2프로펠러의 회전방향을 제1프로펠러의 회전방향과 동일하게 할 수도 있음은 물론이다.

제1프로펠러(43)는 선박의 항해시 항상 구동되고, 제2프로펠러는 선박이 만재 상태로 항해시에만 구동된다. 제1프로펠러(43)는 주프로펠러로 기능하고 제2프로펠러(53)는 서브프로펠러로 기능하므로, 제1프로펠러의 직경(H1)을 제2프로펠러의 직경(H2)보다 크게 하여 제1프로펠러(43)만을 구동하는 경우에도 선박의 추진에 필요한 추력을 확보할 수 있다.

도 1의 실시예서는 제2선미보스(13)보다 제1선미보스(12)가 후방으로 더 돌출된 형태로 마련되고, 제1프로펠러(43)가 제2프로펠러(53)보다 후방에 배치되는 것을 일 예로 하고 있으나, 제2프로펠러의 캐비테이션 저감을 위해 제2프로펠러를 제2선미보스로부터 소정간격 이격시킬 수 있으며, 변형실시예로 도 2에 도시된 바와 같이 도 1의 실시예의 제1 및 제2선미보스(12,13)의 형태를 유지한 채 제2구동축(52)의 길이를 길게 하여 제2프로펠러(53)가 제1프로펠러(43)의 후방에 위치하도록 배치할 수 있다.

프로펠러로 유입되는 수류의 유동은 선체형상의 영향을 받아 불균일하게 되는데, 프로펠러로 유입되는 수류가 불균일하게 되면 프로펠러의 회전시 각 회전 각도 위치마다 수류의 유입 속도가 달라지게 되어 특정각도 영역에서 캐비테이션 현상이 발생하게 된다. 제1프로펠러(43)는 선박(10)의 바닥에 가깝게 위치하고 제2프로펠러(53)는 제1프로펠러(43)보다 높은 위치에 위치함으로써 제2프로펠러(53)로 유입되는 수류가 선체의 영향을 더 받게 되어 제2프로펠러(53)로 유입되는 수류의 유동이 상대적으로 더 불균일하게 될 수 있다. 제2프로펠러(53)로 유입되는 수류의 유동이 불균일해짐에 따라 제2프로펠러(53)에서 캐비테이션이 증가할 수 있는데, 도 2와 같이 제2구동축(52)의 길이를 연장하여 제2프로펠러(53)를 제2선미보스(13)로부터 더욱 이격시키면 제2프로펠러(53)로 유입되는 수류의 압력분포를 고르게 할 수 있어 제2프로펠러(53)에서 발생하는 캐비테이션을 저감할 수 있다. 프로펠러의 추진력과 캐비테이션 발생 저감과의 관계를 고려하여 제2프로펠러(53)와 제1프로펠러(43)의 배치 조정이 가능하다.

또한, 다른 변형실시예의 한 형태로 도 3에 도시된 바와 같이, 도 1의 실시예에 비해 제2선미보스(13)를 제1선미보스(12)보다 후방으로 더 돌출시켜 제2프로펠러(53)로 유입되는 수류의 압력분포를 고르게 하여 캐비테이션을 저감할 수 도 있다.

다음은 이하에서는 일 실시 예의 선박의 작동에 대하여 살펴본다.

도 4는 일 실시예에 따른 선박의 공선 운항시 운항상태를 나타내는 도면이고, 도 5는 일 실시예에 따른 선박의 만선 운항시 운항상태를 나타내는 도면이다.

먼저, 도 4에 도시된 바와 같이 발라스트수를 싣지 않는 선박(10)의 공선 운항시, 선박은 부력에 의해 공선시 선미흘수선(A)까지 떠오르게 된다. 이 때 제2프로펠러(53)는 수면 위에 위치되고, 제1프로펠러(43)는 전체적으로 수면 아래로 모두 잠기게 된다. 이러한 상태에서 제1동력발생장치(41)로부터 구동력을 제공받는 제1 프로펠러(43) 만으로 선박(10)의 추진력을 발생시켜 선박(10)을 운항하게 된다. 제2프로펠러(53)는 수면 위에 위치하여 선박(10)의 운항시 저항으로 작용하지 아니하고, 제1프로펠러(43)는 전체적으로 수면아래에 위치하기 때문에 제1프로펠러(43)의 효율이 저하되지 아니한다.

또한, 공선시 발라스트수를 싣지 않게 되면 선박(10)은 발라스트수가 채워진 상태에서 보다 선체(11)가 물에 잠기는 면적이 작아지기 때문에 선체(11)에 작용하는 저항이 작아져 단일 추진시스템에 적용되는 기존 프로펠러보다 작은 직경의 프로펠러로도 운항을 할 수 있게 된다.

선박(10)에 화물을 모두 적재한 만재 흘수의 경우에는 도 5에 도시된 바와 같이 제1 및 제2프로펠러(43,53)는 수면 아래로 모두 잠긴 상태에 있게 되고, 각각 별개로 마련된 제1 및 제2 동력발생장치(41,51)에 의하여 서로 다른 회전방향으로 회전을 하게 되면서 선박(10)의 추진력을 발생시킨다. 제1프로펠러(43) 및 제2프로펠러(53)를 통과한 물은 회전하기 때문에 수류의 회전운동으로 인해 에너지 손실이 발생하게 되는데, 일 실시 예에서는 제1 및 제2프로펠러(43,53)를 서로 다른 회전방향으로 회전시킴으로써, 제1프로펠러(43)의 상부 와 제2프로펠러(53)의 하부의 소정 구간에서 회전에너지를 흡수할 수 있어 추진효율을 향상시킬 수 있다.

이에 따라, 일 실시 예의 선박(10)은 발라스트수를 싣지 않은 흘수에서는 제1 프로펠러(43)로만 운항을 하며, 화물을 모두 적재한 만재 흘수에서는 제1 및 제2 프로펠러(43,53) 모두를 이용하여 운항을 하게 됨으로써, 공선 항해시 적당한 흘수를 확보하기 위한 발라스트수를 필요치 않게 되므로 발라스트수로 인한 환경오염을 미연에 방지할 수 있게 된다.

일 실시 예에서는 선박(10)의 운항자가 수동으로 선박(10)의 흘수를 측정하여 만재 흘수인 경우 제1 및 제2동력발생장치(41,51)를 구동시키고, 공선시 흘수인 경우 제1동력발생장치(41)를 구동시켰으나, 아래와 같이 자동으로 선박의 흘수를 측정하는 경우 이를 기초로 제1 및 제2동력발생장치를 동시에 구동시킬 지, 제1동력발생장치만 구동시킬 지를 자동으로 판단하여 선택적으로 제1 및 제2동력발생장치를 구동할 수도 있다.

도 6은 일 실시 예에 의한 추진시스템의 제어 블록도로서, 본 발명의 일 실시 예는 입력부(81), 감지부(82), 제어부(83)를 포함할 수 있다.

입력부(81)는 선박(10)의 운항을 위한 구동신호를 입력하기 위한 것으로, 입력된 정보는 제어부(83)로 전달된다.

감지부(82)는 선박(10)의 흘수를 감지하기 위한 것으로, 선박(10)의 흘수를 측정하여 제어부(83)로 전달한다. 감지부(82)는 레이저 센서 또는 적외선 센서 등 거리를 측정할 수 있는 센서일 수 있으며, 수면에 대한 센서 등의 상대 위치를 파악하여 선박(10)의 흘수를 측정할 수 있다.

제어부(83)는 입력부(81) 및 감지부(82)로부터 전달된 정보에 따라 제1 및 제2동력발생장치(41,51)의 구동을 제어하는 마이컴이다.

일 실시 예에 의한 추진시스템의 일 구동 예로, 입력부(81)를 통해 선박(10)의 운항을 위한 신호가 입력되면, 제어부(83)는 이를 전달받고 감지부(82)는 선박(10)의 흘수를 측정하여 이를 제어부(83)로 전달한다. 제어부(83)는 측정된 선박(10)의 흘수가 만재 흘수인지, 공선 항해시 선미흘수인지 판단하고, 만재 흘수라고 판단되면 제1및 제2동력발생장치(41,51)를 상호 반전되게 구동시키고, 측정된 흘수가 공선 항해시 선미흘수라고 판단되면 제1동력발생장치(41)만을 구동시킨다.

또한, 제어부(83)는 감지부(82)의 측정값을 통해 선박의 흘수를 파악할 수 있고, 이러한 선박의 흘수를 기준으로 제1프로펠러(43)와 제2프로펠러(53)가 동시에 수중에 잠겨있는지, 제1프로펠러(43)만이 잠겨있는지를 판단하고, 이를 토대로 수중에 잠겨있는 프로펠러만을 구동시킬 수도 있다.

다음은 다른 실시예에 따른 선박의 추진시스템에 대해 도 7을 참조하여 설명한다.

도 7은 다른 실시예에 따른 추진시스템이 장착된 선박의 요부를 나타낸 도면이다.

다른 실시예는 도 1의 실시예와 비교하여 동력발생장치가 하나로 구성되며, 제1동력발생장치의 동력을 이용하여 제2프로펠러를 반전 회전시키는 반전회전장치를 더 포함한다. 이하에서는 도1의 실시예와 상이한 부분을 중심으로 설명하고, 도 1의 실시예와 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하여 그 설명은 생략하고 도 1의 실시예에 대한 설명으로 갈음하도록 한다.

다른 실시예의 추진시스템은 도 7에 도시된 바와 같이, 제1추진장치(40)와 제1추진장치(40)의 상부에 마련된 제2추진장치(50)를 포함한다.

제2추진장치(50)는 제2구동축(52)과, 제2구동축(52)에 결합되어 만선 운항시 선택적으로 선박에 추진력을 제공하는 제2프로펠러(53)와, 제1동력발생장치(41)의 동력을 제2구동축(52)에 반전 회전시켜 전달하는 반전회전장치(70)를 포함한다.

반전회전장치(70)는 제1구동축(42)에 결합된 제1기어부(71)와, 제2구동축(52)에 결합되며 제1기어부(71)와 치합되는 제2기어부(73)와, 제2기어부(73)를 제1기어부(71)와 선택적으로 치합시키도록 하는 착탈유닛(75,77)을 포함한다.

제1기어부(71)는 제1구동축(42)에 고정되어 제1구동축(42)의 회전에 따라 회전 운동한다.

제2기어부(73)는 제1기어부(71)에 선택적으로 치합되는 것으로, 제2기어부(73)는 제2구동축(52)에 대해 슬라이딩운동 가능하도록 제2기어부(73)의 내주면에 적어도 하나 이상의 키(73a)가 형성되며, 이에 대응하여 제2구동축(52)에는 적어도 하나 이상의 키홈(55)이 형성된다. 반대로 제2구동축(52)에 키가 형성되며 제2기어부(73)에 키홈이 형성될 수도 있음은 물론이다.

착탈유닛(75,77)은 만재 운항시와 같이 제1 및 제2프로펠러(43,53)를 동시에 구동시킬 필요가 있는 경우, 제2기어부(73)가 제1기어부(71)에 치합되는 위치로 이동 가능하게 하는 것으로, 제2기어부(73)가 제2구동축(52)을 따라 슬라이딩 가능하도록 하는 유압모듈(75)과, 제2기어부(73)를 지지하며 유압모듈(75)의 유압력을 제2기어부(73)에 전달하는 가이드부재(77)를 포함할 수 있다.

따라서, 제1동력발생장치(41)의 구동력을 제2프로펠러(53)에 전달하고자 하는 경우 유압모듈(75)을 동작시켜 가이드부재(77)를 선미방향으로 가압함으로써 가이드부재(77)에 의해 감싸진 상태의 제2기어부(73)가 제1기어부(71)와 치합되는 위치로 이동하게 된다. 이를 통해 제2프로펠러(53)가 제1프로펠러(43)와 상호 반전되어 회전될 수 있도록 제1동력발생장치(41)의 동력이 전달된다.

또한, 제 2프로펠러(53)의 구동이 필요 없는 경우 유압모듈(75)이 가이드부재(77)를 선수방향으로 가압함으로써 제2기어부(73)가 제1기어부(71)와 이격되는 위치로 이동하게 되어 제2프로펠러(53)로 동력이 전달되는 것이 차단된다. 따라서, 공선 운항시 제2프로펠러(53)를 구동하지 않을 수 있다.

가이드부재(77)를 진퇴시키는 것으로 유압모듈(75)을 일 예로 기재하고 있으나, 이에 한정되지 아니하며 전자식 또는 기계식 리니어 엑츄에이터 등 다양한 기구적 구성이 가능함은 물론이다.

또한, 착탈유닛(75,77)은 선택적으로 제2구동축에 회전력을 반전시켜 전달할 수 있는 클러치 장치, 기타 자동화 장치 등 다양한 장치의 구성이 가능할 것이며, 수동으로 구동 될 수도 있다.

또한, 다른 실시 예에서 착탈유닛이 제2구동축에 마련되는 것을 일 예로 하고 있으나, 반대로 제2구동축에 기어부를 고정시키고 슬라이딩 가능한 기어부 및 착탈유닛을 제1구동축에 마련할 수도 있다.

따라서, 제2프로펠러를 위해 별도의 동력발생장치를 구비할 필요가 없어 동력발생장치를 위한 설치위치의 확보가 필요없으며, 선박의 제조비용을 절감할 수 있다.

다른 실시예는 도 1의 실시예와 같이 발라스트수를 싣지 않은 흘수에서는 제1 프로펠러로만 운항을 하며, 화물을 모두 적재한 만재 흘수에서는 제2기어부(73)를 제1기어부(71)에 치합시켜 제1 및 제2 프로펠러(43,53)를 모두를 이용하여 운항을 하게 됨으로써, 공선 항해시 적당한 흘수를 확보하기 위한 발라스트수를 필요치 않게 되므로 발라스트수로 인한 환경오염을 방지할 수 있게 된다.

도 8은 다른 실시 예에 의한 추진시스템의 제어 블록도로서, 본 발명의 다른 실시예는 도 6의 제어 블록도와 마찬가지로 입력부(91), 감지부(92), 제어부(93)를 더 포함할 수 있다.

입력부(91)와 감지부(92)는 도 6의 실시 예와 동일하게 마련될 수 있다.

제어부(93)는 입력부(91) 및 감지부(92)로부터 전달된 정보에 따라 제1동력발생장치(41) 및 반전회전장치(70)의 구동을 제어하는 마이컴이다.

다른 실시 예에 의한 추진시스템의 일 구동 예로, 입력부(91)를 통해 선박(10)의 운항을 위한 신호가 입력되면 제어부(93)는 이를 전달받는다. 다음으로, 감지부(92)는 선박(10)의 흘수를 측정하여 제어부(93)로 전달하고 제어부(93)는 측정된 선박(10)의 흘수가 만재 흘수로 판단되면 반전회전장치(70)를 구동하여 제2기어부(73)가 제1기어부(71)에 치합하는 위치로 위치시키고, 제1동력발생장치(41)를 구동시킨다. 따라서, 제2프로펠러(53)는 제1프로펠러(43)와 상호 반전 회전되는 상태로 제1프로펠러(43)와 제2프로펠러(53)가 동시에 구동된다.

또한, 측정된 흘수가 공선 항해시 선미흘수로 판단되면 반전회전장치(70)를 구동하여 제2기어부(73)가 제1기어부(71)에서 이격되는 위치로 위치시키고, 제1동력발생장치(41)를 구동시킨다. 따라서, 제2프로펠러(53)는 정지된 상태에서 제1프로펠러(43)만 구동할 수 있다.

10 : 선박,　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　 12 : 제1선미보스,
13 : 제2선미보스, 20 : 추진시스템,
30 : 러더, 40, 50 : 제1 및 제2 추진장치,
41, 51 : 제1 및 제2 동력발생장치, 42, 52 : 제1 및 제2 구동축,
43, 53 : 제1 및 제2 프로펠러, 70 : 반전회전장치,
71 : 제1기어부 73 : 제2기어부,
75 : 유압모듈, 77 : 가이드부재,
81,91 : 입력부, 82,92 : 감지부,
83,93 : 제어부.

Claims (21)

1. 선박의 추진을 위한 프로펠러를 포함하는 선박의 추진시스템에 있어서,
   제1프로펠러와,
   상기 제1프로펠러의 상부에 배치되는 제2프로펠러와,
   상기 제1프로펠러를 구동하는 제1동력발생장치와,
   상기 제2프로펠러를 구동하는 제2동력발생장치와,
   상기 선박의 흘수를 측정하는 감지부 및
   상기 감지부의 측정값에 따라 상기 제1 및 제2동력발생장치를 선택적으로 구동시키는 제어부를 포함하되,
   상기 제2프로펠러의 상단은 상기 선박의 만재흘수선과 같거나 낮은 위치에 위치하고 상기 제1프로펠러의 상단은 상기 선박의 공선 항해시의 선미흘수선과 같거나 낮은 위치에 위치하는 선박의 추진시스템.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제2프로펠러의 하단은 상기 선박의 공선 항해시의 선미흘수선보다 높은 위치에 위치하는 선박의 추진시스템.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 제1프로펠러의 직경은 상기 제2프로펠러의 직경보다 큰 선박의 추진시스템.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 제1프로펠러와 상기 제2프로펠러의 중심은 상하방향으로 동일 수직축선 상에 위치하는 선박의 추진시스템.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 제1프로펠러와 상기 제2프로펠러의 동시 구동시 상기 제1 및 제2프로펠러의 회전방향은 상호 반대되는 선박의 추진시스템.
6. 선박의 추진을 위한 프로펠러를 포함하는 선박의 추진시스템에 있어서,
   제1프로펠러와,
   상기 제1프로펠러의 상부 또는 하부에 배치되는 제2프로펠러와,
   상기 제1프로펠러에 회전력을 제공하는 제1동력발생장치와,
   상기 제1동력발생장치의 회전력을 제2프로펠러에 반전시켜 전달하는 반전회전장치를 포함하되,
   상기 제2프로펠러의 상단은 상기 선박의 만재흘수선과 같거나 낮은 위치에 위치하고 상기 제1프로펠러의 상단은 상기 선박의 공선 항해시의 선미흘수선과 같거나 낮은 위치에 위치하는 선박의 추진시스템.
7. 삭제
8. 제 1항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 측정값이 만재 흘수로 판단되면 상기 제1 및 제2동력발생장치를 동시에 구동시키는 선박의 추진시스템.
9. 제 1항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 측정값이 공선시 흘수로 판단되면 상기 제1동력발생장치를 단독으로 구동시키는 선박의 추진시스템.
10. 제 6항에 있어서,
    상기 반전회전장치는 상기 제1동력발생장치와 상기 제2프로펠러의 동력전달경로를 선택적으로 차단하는 착탈유닛을 더 포함하는 선박의 추진시스템.
    
11. 선미방향으로 돌출된 제1선미보스와,
    상기 제1선미보스의 상부에서 선미방향으로 돌출된 제2선미보스와,
    상기 제1선미보스에 회전가능하게 장착된 제1구동축에 고정되는 제1프로펠러와,
    상기 제2선미보스에 회전가능하게 장착된 제2구동축에 고정되는 제2프로펠러를 포함하고,
    상기 제2프로펠러의 상단은 상기 선박의 만재흘수선과 같거나 낮은 위치에 위치하고 상기 제1프로펠러의 상단은 상기 선박의 공선 항해시의 선미흘수선과 같거나 낮은 위치에 위치하는 선박.
12. 제 11항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 프로펠러의 후방에 배치되는 러더를 더 포함하고,
    상기 러더의 상하 길이는 상기 제1 및 제2 프로펠러의 직경의 합보다 길거나 같은 선박.
13. 제 11항에 있어서,
    상기 선박의 공선 항해시에는 상기 제1프로펠러가 구동되고, 상기 선박의 만재 항해시에는 상기 제1 및 제2프로펠러가 구동되는 선박.
14. 제 11항에 있어서,
    상기 제1 및 제2프로펠러는 상호 반대방향으로 회전 구동되는 선박.
15. 제 11항에 있어서,
    상기 제1구동축에 결합되는 제1동력발생장치를 포함하고,
    상기 제1동력발생장치의 회전력을 제2구동축에 반전시켜 전달하는 반전회전장치를 더 포함하는 선박.
16. 제 11항에 있어서,
    상기 제1구동축에 결합되는 제1동력발생장치와,
    상기 제2구동축에 결합되는 제2동력발생장치를 포함하는 선박.
17. 제 15항에 있어서,
    상기 반전회전장치는 상기 제1동력발생장치와 상기 제2프로펠러의 동력전달경로를 선택적으로 차단하는 착탈유닛을 더 포함하는 선박.
18. 제 17항에 있어서,
    상기 반전회전장치는
    상기 제1구동축과 상기 제2구동축 중 어느 하나에 결합된 제1기어부와,
    상기 제1구동축과 상기 제2구동축 중 다른 하나에 결합되는 제2기어부를 포함하고,
    상기 착탈유닛은 상기 제2기어부를 상기 제1기어부와 치합되는 위치 및 이격되는 위치로 이동시키는 선박.
19. 제 18 항에 있어서,
    상기 착탈유닛은 상기 제 2 기어부가 상기 제 2 구동축을 따라 슬라이딩 가능하도록 하는 유압모듈과,
    상기 제 2 기어부를 지지하며 상기 유압모듈의 유압력을 상기 제 2 기어부에 전달하는 가이드부재를 포함하는 선박.
20. 제 11 항에 있어서,
    상기 선박의 흘수를 측정하는 감지부와,
    상기 감지부의 측정값에 따라 상기 제1 및 제2프로펠러 중 수중에 잠겨있는 프로펠러만을 구동시키는 제어부를 더 포함하는 선박.
21. 제 11 항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 따른 선박은 발라스트수가 공급되지 않는 선박.

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