KR101302035B1

KR101302035B1 - A ship

Info

Publication number: KR101302035B1
Application number: KR1020110123817A
Authority: KR
Inventors: 배준환
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2011-11-24
Filing date: 2011-11-24
Publication date: 2013-09-04
Also published as: KR20130057856A

Abstract

선박이 개시된다. 본 발명에 따른 선박은, 선체에 결합되어 추진력을 발생시키는 프로펠러; 및 프로펠러에 결합되며, 프로펠러의 회전 시 발생되는 허브 볼텍스(hub vortex)에 의한 회전에너지에 기초하여 전기에너지를 발생시키는 허브볼텍스 발전유닛을 포함한다.The vessel is started. Ship according to the invention, the propeller coupled to the hull to generate a propulsion force; And a hub vortex power generation unit coupled to the propeller and generating electrical energy based on rotational energy caused by a hub vortex generated when the propeller is rotated.

Description

Ship {A ship}

본 발명은, 선박에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 프로펠러의 회전 시 발생하는 허브 볼텍스(hub vortex)의 에너지를 회수할 수 있는 선박에 관한 것이다.The present invention relates to a ship, and more particularly, to a ship capable of recovering energy of a hub vortex generated when the propeller rotates.

일반적으로 선박은 프로펠러가 회전하면서 발생되는 추진력을 이용하여 운항하게 된다. 프로펠러가 회전하게 되면, 그 전후의 압력의 차이로 인해, 프로펠러 주변의 해수를 밀어냄으로써, 선박을 추진하는데 필요한 추력을 발생시키게 된다.In general, the ship will operate using the propulsion force generated while the propeller rotates. When the propeller rotates, due to the difference in pressure before and after, it pushes the seawater around the propeller, thereby generating the thrust required for propulsion of the ship.

프로펠러가 회전하면 프로펠러 블레이드의 단면은 받음각을 가지게 되고, 이 때, 블레이드 전후에서 발생되는 압력 차이에 의해 양력과 항력이 발생된다. When the propeller rotates, the cross section of the propeller blade has an angle of attack. At this time, lift and drag are generated by the pressure difference generated before and after the blade.

이러한 프로펠러 블레이드의 단면의 양력과 항력의 합력이 프로펠러의 추력과 토오크로 작용하게 되므로 프로펠러 블레이드의 단면의 형상 및 그에 따른 유체 역학적 특성은 프로펠러의 추진 효율과 관련된 주요한 인자로 작용하게 된다. 따라서 이를 바탕으로 프로펠러의 추진 효율을 향상시키기 위해 다양한 형태의 연구가 꾸준히 이루어져 왔다.Since the force of the lift and drag of the cross section of the propeller blade acts as the thrust and torque of the propeller, the shape of the cross section of the propeller blade and the hydrodynamic characteristics thereof act as a major factor related to the propulsion efficiency of the propeller blade. Therefore, various forms of research have been steadily made to improve propulsion efficiency of propellers.

그러한 연구들에는, 프로펠러의 후류에 의한 영향을 최대한 줄여 프로펠러의 추진 효율을 향상시키기 위한 연구들이 있다. 이에 대하여 간략히 소개하면, 일반적으로 프로펠러에 의해 유기되는 후류는, 프로펠러 블레이드에 의해 유기되는 회전류와, 프로펠러의 허브에 의해 유기되는 허브 볼텍스(hub vortex, 중심소용돌이)로 나눌 수 있으며, 이 중 허브 볼텍스는 프로펠러에 공급되는 에너지의 2~3%로 알려져 있는데 이 허브 볼텍스에 의한 영향을 감소시켜 프로펠러의 추진 효율을 향상시키기 위한 연구들이 있다.In those studies, there are studies to improve propeller propulsion efficiency by minimizing the influence of the propeller wake. Briefly, the wakes generally induced by propellers can be divided into rotary flows induced by propeller blades and hub vortex induced by hubs of propellers. Vortex is known to be 2-3% of the energy supplied to the propeller. There are studies to improve propeller propulsion efficiency by reducing the influence of the hub vortex.

그 예들로, 프로펠러의 허브의 끝단에서 발생하는 와류의 감소를 위해 캡에 부착되는 프로펠러 보스 캡 핀(PBCF, Propeller Boss Cap with Fin)이나 러더(rudder)에 혹 모양의 러더 벌브(rudder bulb) 등이 제안된 바 있다.Examples include propeller boss cap with fins (PBCF) or rudder bulbs on rudders to reduce vortices at the tip of the propeller hub. This has been proposed.

도 1을 참조하면, 프로펠러 보스 캡 핀(30, PBCF, Propeller Boss Cap with Fin)은 선박용 프로펠러의 보스에 프로펠러(20) 날개 수와 같은 수의 작은 핀을 단 것으로, 프로펠러(20)와 일체가 되어 회전하되, 프로펠러(20) 보스 부근의 흐름을 정류해 허브 볼텍스(hub vortex, 중심소용돌이)를 소멸시킨다. Referring to FIG. 1, the propeller boss cap pins 30 (PBCF, Propeller Boss Cap with Fin) are attached to the boss of the ship propeller with the same number of small pins as the number of wings of the propeller 20, and integrally with the propeller 20. And rotate, but rectify the flow near the boss of the propeller 20 to dissipate the hub vortex.

통상의 프로펠러에 있어서는, 그 회전 시 프로펠러(20) 보스에 가까운 곳 (예를 들면 3mm)의 물은 회전과 같은 방향에 움직이는데 대해, 약간 떨어진 곳 (예를 들면 10mm)에서는 반대 방향으로 움직인다. 허브 볼텍스(hub vortex)의 주요한 원인은, 이들이 서로 충돌하는 흐름이다. In a typical propeller, the water near the boss of the propeller 20 (for example, 3 mm) moves in the same direction as the rotation in the rotation, whereas the water moves in the opposite direction at a slight distance (for example, 10 mm). The main reason for the hub vortex is the flow in which they collide with each other.

그런데 프로펠러 보스 캡 핀(30, PBCF, Propeller Boss Cap with Fin)을 장착하면, 프로펠러 보스 캡 핀(30)이 프로펠러(20)와 함께 회전함에 따라 물은 프로펠러 보스 캡 핀(30)의 핀 사이를 움직이도록 정류되고, 중심 부근(예를 들면 3mm와 10mm의 쌍방)에서는, 모든 물이 같은 방향으로 움직이며, 따라서 허브 볼텍스(hub vortex)에 동반하는 난류는 소멸한다. 난류의 감소는, 프로펠러 핀의 저항력을 줄이고, 추진력을 늘린다. 이렇게 해서, 배는 적은 연료로 같은 속도의 항해를 할 수 있게 된다. However, when the propeller boss cap pin (30, PBCF, Propeller Boss Cap with Fin) is mounted, as the propeller boss cap pin 30 rotates with the propeller 20, the water flows between the pins of the propeller boss cap pin 30 (30). Rectified to move, and near the center (for example, both 3 mm and 10 mm), all the water moves in the same direction, so that the turbulence accompanying the hub vortex disappears. The reduction in turbulence reduces the resistance of the propeller pins and increases the propulsion. In this way, the ship can sail at the same speed with less fuel.

한편, 최근 들어 유가의 급등으로 에너지 절약이 최대 현안으로 부각되고 있고, 또한 조선 산업에도 연료절약형 선박의 수요가 급증하고 있다. 따라서 에너지를 절약하고 나아가 대기 및 해양오염도 감소시킬 수 있는 자연력을 이용한 발전장치가 구비된 선박의 개발이 절실하게 필요한 실정이다.On the other hand, energy consumption is emerging as the biggest issue due to the recent surge in oil prices, and the demand for fuel-saving vessels is rapidly increasing in the shipbuilding industry. Therefore, there is an urgent need for the development of a vessel equipped with a power generation apparatus using a natural force that can save energy and further reduce atmospheric and marine pollution.

그런데 전술한 프로펠러 보스 캡 핀(PBCF, Propeller Boss Cap with Fin)이나 러더 벌브(rudder bulb)의 경우 허브 볼텍스(hub vortex)에 의한 영향을 감소시켜 프로펠러의 추진 효율을 향상시킬 수는 있으나 허브 볼텍스의 에너지를 적극적으로 회수하지는 못하고 있어 더 진일보된 기술이 필요하다.However, in the case of the propeller boss cap with fin (PBCF) or the rudder bulb described above, the propulsion efficiency of the propeller can be improved by reducing the influence of the hub vortex. Energy is not being actively recovered, which requires more advanced technology.

한국특허등록공보 제10-008744호(선박용추진장치) 1995.07.31Korean Patent Registration Publication No. 10-008744 (ship propulsion device) 1995.07.31

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 허브 볼텍스에 의한 영향을 종래 보다 감소시켜 추진 효율을 향상시킬 뿐만 아니라 허브 볼텍스 에너지를 적극적으로 회수할 수 있는 선박을 제공하는 것이다.Therefore, the technical problem to be achieved by the present invention is to provide a vessel capable of actively recovering the hub vortex energy as well as improving the propulsion efficiency by reducing the influence of the hub vortex than conventional.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선체에 결합되어 추진력을 발생시키는 프로펠러; 및 상기 프로펠러에 결합되며, 상기 프로펠러의 회전 시 발생되는 허브 볼텍스(hub vortex)에 의한 회전에너지에 기초하여 전기에너지를 발생시키는 허브볼텍스 발전유닛을 포함하는 선박이 제공될 수 있다.According to an aspect of the invention, the propeller coupled to the hull to generate a propulsion force; And a hub vortex power generation unit coupled to the propeller, the hub vortex generating unit generating electrical energy based on rotational energy caused by a hub vortex generated when the propeller is rotated.

상기 프로펠러는, 프로펠러 블레이드; 및 상기 프로펠러 블레이드의 중앙 영역에 연결되어 상기 프로펠러 블레이드의 회전 축심을 형성하는 회전 샤프트를 포함하며, 상기 허브볼텍스 발전유닛은 상기 회전 샤프트의 후단부를 형성하는 허브(hub)에 결합될 수 있다.The propeller may include a propeller blade; And a rotating shaft connected to a central area of the propeller blade to form a rotation axis of the propeller blade, wherein the hub vortex power generation unit may be coupled to a hub forming a rear end of the rotating shaft.

상기 허브볼텍스 발전유닛은, 상기 허브에 대하여 상대 회전가능하게 배치되는 발전기 축에 결합되며, 상기 허브의 외측에 배치되어 상기 회전 샤프트의 회전 시 발생되는 허브 볼텍스에 의해 회전되는 발전기 블레이드; 및 상기 발전기 축이 상대 회전가능하게 결합되되 상기 허브의 내부에 마련되어 상기 허브와 함께 회전되며, 상기 허브와 상기 발전기 블레이드 간의 상대 회전수 차이에 따른 회전에너지에 기초하여 전기에너지를 발생시키는 발전기를 포함할 수 있다.The hub vortex power generation unit may include: a generator blade coupled to a generator shaft disposed to be rotatable relative to the hub and disposed outside the hub to be rotated by a hub vortex generated when the rotation shaft is rotated; And a generator coupled to the generator shaft to be rotatable relative to the inside of the hub to rotate together with the hub to generate electrical energy based on rotational energy according to a difference in relative rotational speed between the hub and the generator blade. can do.

상기 발전기는, 상기 발전기로 입력되는 회전속도를 증속시키는 증속기를 더 포함할 수 있다.The generator may further include a speed increaser for increasing a rotation speed input to the generator.

상기 발전기 블레이드의 직경은 상기 허브의 직경과 같거나 상기 허브의 직경보다 작을 수 있다.The diameter of the generator blade may be equal to the diameter of the hub or smaller than the diameter of the hub.

상기 프로펠러 블레이드의 회전 시 발생되는 프로펠러 블레이드 팁 볼텍스(tip vortex) 캐비테이션 감소를 위하여 상기 프로펠러에 결합되어 상기 프로펠러 블레이드 팁 볼텍스의 진행 방향으로 물을 분사하는 워터젯(waterjet) 분사유닛을 더 포함할 수 있다.It may further include a waterjet injection unit coupled to the propeller to spray water in the direction of propeller blade tip vortex to reduce the propeller blade tip vortex cavitation generated when the propeller blade rotates. .

상기 워터젯 분사유닛은, 상기 프로펠러 블레이드에 마련되어 물을 분사시키는 물분사부; 상기 허브볼텍스 발전유닛에서 생산된 전기에너지를 공급받아 작동되며 상기 물분사부 쪽으로 물을 공급하는 물공급부; 및 상기 물공급부와 상기 물분사부를 연결하는 연결 배관을 포함할 수 있다.The water jet injection unit, the water injection unit for spraying water provided on the propeller blades; A water supply unit which is operated by receiving electrical energy produced by the hub vortex power generation unit and supplies water toward the water spray unit; And a connection pipe connecting the water supply unit and the water injection unit.

상기 물분사부는, 상기 프로펠러 블레이드를 형성하는 날개들의 단부영역에 형성되는 다수의 물분사홀일 수 있다.The water spray unit may be a plurality of water spray holes formed in the end region of the wings forming the propeller blade.

상기 연결 배관은, 상기 회전 샤프트 내부에 마련되며 상기 물공급부와 연결되는 메인 배관; 및 상기 프로펠러 블레이드 내부에 마련되며 상기 프로펠러 블레이드의 중앙 영역에서 상기 메인 배관으로부터 분기되어 상기 물분사부와 연결되는 적어도 하나의 분기 배관을 포함할 수 있다.The connection pipe, the main pipe is provided in the rotary shaft and connected to the water supply; And at least one branch pipe provided in the propeller blade and branched from the main pipe in the central region of the propeller blade to be connected to the water spray unit.

상기 물공급부는, 물에 압력을 가하여 상기 물분사부에 물을 공급하는 펌프를 포함할 수 있다.The water supply unit may include a pump for supplying water to the water injection unit by applying pressure to the water.

상기 물공급부는, 상기 허브 외측면에 개폐 가능한 홀; 및 상기 홀과 상기 물공급부를 연결하는 공급배관을 포함하고, 상기 홀을 통해 물을 공급받을 수 있다.The water supply unit, the opening and closing hole in the hub outer surface; And a supply pipe connecting the hole and the water supply unit, and water may be supplied through the hole.

상기 물공급부는, 상기 선체 내부의 물탱크와 상기 물공급부를 연결하는 분사물 이동관을 포함하고, 상기 물탱크로부터 물을 공급받을 수 있다.The water supply unit may include an injection tank for connecting the water tank and the water supply unit inside the hull, and may receive water from the water tank.

본 발명의 실시예들은, 허브 볼텍스에 의한 영향을 종래 보다 감소시켜 추진 효율을 향상시킬 뿐만 아니라 허브 볼텍스 에너지를 적극적으로 회수할 수 있다.Embodiments of the present invention can reduce the impact caused by the hub vortex than conventional to improve propulsion efficiency as well as actively recover the hub vortex energy.

도 1은 종래 기술의 일 실시예에 따른 선박의 프로펠러 블레이드 보스 캡 핀(PBCF, Propeller Boss Cap with Fin)을 장착한 프로펠러 블레이드의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박의 개략적인 측면 구조도이다.
도 3은 도 2의 선박의 프로펠러와 허브볼텍스 발전유닛이 결합된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박의 프로펠러, 허브볼텍스 발전유닛, 그리고 워터젯 분사유닛이 결합된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 워터젯 분사유닛의 물분사부를 도시한 도면이다.1 is a schematic perspective view of a propeller blade equipped with a propeller blade boss cap (PBCF) of a ship according to one embodiment of the prior art.
2 is a schematic side structure diagram of a ship according to a first embodiment of the present invention.
3 is a view schematically showing a state in which the propeller and the hub vortex power generation unit of the ship of FIG. 2 are coupled.
4 is a view schematically illustrating a state in which a propeller, a hub vortex power generation unit, and a waterjet injection unit of a ship according to a second embodiment of the present invention are combined.
5 is a view illustrating a water spray unit of the waterjet injection unit of FIG.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Like reference symbols in the drawings denote like elements.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박의 개략적인 측면 구조도이며, 도 3은 도 2의 선박의 프로펠러와 허브볼텍스 발전유닛이 결합된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박은, 선체(10)와, 선체(10)에 결합되어 추진력을 발생시키는 프로펠러(100)와, 프로펠러(100)에 결합되어 프로펠러(100)의 회전 시 발생되는 허브 볼텍스(hub vortex)에 의한 회전에너지에 기초하여 전기에너지를 발생시키는 허브볼텍스 발전유닛(110)과, 프로펠러(100)의 주변에 배치되어 선박의 진행 방향을 조정하는 러더(200, rudder)를 포함한다.Figure 2 is a schematic side structure diagram of a ship according to a first embodiment of the present invention, Figure 3 is a view schematically showing a state in which the propeller and hub vortex power generation unit of the ship of Figure 2 coupled. As shown in these drawings, the ship according to the first embodiment of the present invention, the hull 10, the propeller 100 coupled to the hull 10 to generate a propulsion force, and is coupled to the propeller 100 Hub vortex power generation unit 110 for generating electrical energy based on the rotational energy generated by the hub vortex (hub vortex) generated when the propeller 100 is rotated, and the propeller 100 is disposed around the direction of the ship A rudder 200 to adjust.

본 발명의 제1 실시예에 따른 선박은, 상선, 군함, 어선, 운반선, 드릴쉽 및 특수 작업선 등 어떠한 것이 될 수 있으며, 부유식 해상 구조물을 포함할 수 있다.The ship according to the first embodiment of the present invention may be any of ships, warships, fishing vessels, carriers, drillships and special work vessels, and may include floating offshore structures.

한편 선체(10)의 일측에는 스러스터(12, thruster)가 마련될 수 있다. 모든 종류의 선박에 스러스터(12)가 마련되는 것은 아니지만 스러스터(12)가 마련되면 선박의 정지 또는 항해 시 조정 성능을 향상시키고 선박의 오퍼레이션(operation)을 용이하게 한다. 도 2처럼 선체(10)의 일측, 특히 선수부(13)에 마련되는 스러스터(12)를 바우 스러스터(bow thruster)라 부르기도 한다.Meanwhile, a thruster 12 may be provided at one side of the hull 10. Although not all types of ships are provided with thrusters 12, the provision of thrusters 12 enhances the coordination performance at the time of stopping or sailing the ship and facilitates the operation of the ship. As shown in FIG. 2, the thruster 12 provided on one side of the hull 10, in particular, the bow 13 is also referred to as a bow thruster.

한편 프로펠러(100)는 주기관에서 연결된 추진축계(미도시)의 끝에 부착되며, 프로펠러(100)의 프로펠러 블레이드(101)가 수중에서 회전하면 물을 밀어내고 그 반동으로 추진력을 얻는다.On the other hand, the propeller 100 is attached to the end of the propulsion shaft system (not shown) connected in the main engine, when the propeller blade 101 of the propeller 100 rotates in the water to push the water and obtain a driving force by the reaction.

본 실시 예에서 프로펠러(100)는, 프로펠러 블레이드(101)와, 프로펠러 블레이드(101)의 중앙 영역에 연결되어 프로펠러 블레이드(101)의 회전 축심을 형성하는 회전 샤프트(102)를 포함한다.In this embodiment, the propeller 100 includes a propeller blade 101 and a rotating shaft 102 connected to the central region of the propeller blade 101 to form a center of rotation of the propeller blade 101.

프로펠러 블레이드(101)는 선박을 추진하는데 필요한 추력을 발생시킨다. 즉 프로펠러 블레이드(101)가 회전하게 되면, 그 전후의 압력의 차이로 인해, 프로펠러 블레이드(101) 주변의 해수를 밀어냄으로써, 선박을 추진하는데 필요한 추력을 발생시키게 된다. The propeller blades 101 generate the thrust needed to propel the ship. That is, when the propeller blade 101 rotates, the thrust required to propel the vessel is generated by pushing the seawater around the propeller blade 101 due to the difference in pressure before and after the propeller blade 101.

회전 샤프트(102)는 선체(10) 내부의 엔진(미도시)과 연결되어 회전력을 프로펠러 블레이드(101)에 전달하는 프로펠러 블레이드(101)의 회전축이다. 도 3의 회전 샤프트(102)에 있어서, 후단부를 형성하는 영역을 허브(103)라고 칭하기로 한다. 이 경우 프로펠러 블레이드(101)가 결합되는 영역과, 후단부를 형성하는 허브(103)는 선체(10) 외부에 노출되나, 회전 샤프트(102)의 전단부(미도시)를 포함하여 대부분은 선체(10) 내부에 위치된 상태로 엔진과 연결된다.The rotary shaft 102 is a rotating shaft of the propeller blade 101 connected to the engine (not shown) inside the hull 10 to transmit the rotational force to the propeller blade 101. In the rotary shaft 102 of FIG. 3, the region forming the rear end is referred to as a hub 103. In this case, the area where the propeller blade 101 is coupled and the hub 103 forming the rear end are exposed to the outside of the hull 10, but most of the hull (including the front end (not shown) of the rotating shaft 102) 10) Connected to the engine in a state located inside.

한편 허브볼텍스 발전유닛(110)은, 본 실시예에서 회전 샤프트(102)의 후단부를 형성하는 허브(103)에 결합되어 허브(103)의 회전 시 허브(103) 후방에서 발생하는 허브 볼텍스(hub vortex)의 회전에너지를 전기에너지로 회수한다. Meanwhile, the hub vortex power generation unit 110 is coupled to the hub 103 forming the rear end of the rotation shaft 102 in the present embodiment, and the hub vortex generated at the rear of the hub 103 when the hub 103 is rotated. The rotational energy of the vortex is recovered as electrical energy.

이러한 허브볼텍스 발전유닛(110)은, 허브(103)에 대하여 상대 회전가능하게 배치되는 발전기 축(113)에 결합되되 허브(103)의 외측에 배치되어 회전 샤프트(102)의 회전 시 발생되는 허브 볼텍스에 의해 회전되는 발전기 블레이드(111)와, 발전기 축(113)이 상대 회전가능하게 결합되되 허브(103)의 내부에 마련되어 허브(103)와 함께 회전되며, 허브(103)와 발전기 블레이드(111) 간의 상대 회전수 차이에 따른 회전에너지에 기초하여 전기에너지를 발생시키는 발전기(112)를 포함한다. The hub vortex power generation unit 110 is coupled to the generator shaft 113 is disposed rotatably relative to the hub 103, but is disposed outside the hub 103 is generated when the rotation of the rotating shaft 102 The generator blade 111 rotated by the vortex and the generator shaft 113 are rotatably coupled to each other and provided inside the hub 103 to rotate together with the hub 103, and the hub 103 and the generator blade 111. It includes a generator 112 for generating electrical energy based on the rotational energy according to the difference in relative rotation between.

이러한 구성에 의하여 발전기(112)가 허브(103) 내에 설치되고 허브(103) 외부에 발전기(112)와 연결된 발전기 블레이드(111)가 배치된 상태에서 허브 볼텍스에 의한 회전류가 발전기 블레이드(111)를 회전시켜 전기를 생산하게 된다. 또한 발전기 블레이드(111)가 회전함으로써 허브 볼텍스(hub vortex)에 동반하는 난류를 감소시키어 프로펠러(100)의 추진 효율도 향상시킬 수 있게 된다.By such a configuration, the generator 112 is installed in the hub 103 and the rotational flow caused by the hub vortex is generated by the generator blade 111 in a state in which the generator blade 111 connected to the generator 112 is disposed outside the hub 103. Rotate to produce electricity. In addition, by rotating the generator blade 111 it is possible to reduce the turbulence accompanying the hub vortex (hub vortex) it is also possible to improve the propulsion efficiency of the propeller (100).

이에 대하여 세부적으로 살펴보면, 발전기 블레이드(111)는 허브(103)의 회전 시 발생되는 소용돌이인 허브 볼텍스의 회전력을 받아 회전된다. 발전기 블레이드(111)는 발전기 축(113)에 설치되어 있으며, 발전기 축(113)은 허브(103)에 상대 회전 가능하게 발전기(112)에 연결되어 있다. 이러한 구성으로 허브(103)는 프로펠러(100)의 회전수와 같은 회전수로 회전되고 발전기 블레이드(111)는 발전기 축(113)의 회전수와 같은 회전수로 회전되는데 이러한 두 회전수의 차이만큼의 상대 회전 속도로 인해 발전기(112)에서 전기가 생산되게 된다. Looking at this in detail, the generator blade 111 is rotated under the rotational force of the hub vortex, which is a vortex generated when the hub 103 rotates. The generator blade 111 is installed on the generator shaft 113, and the generator shaft 113 is connected to the generator 112 so as to be relatively rotatable to the hub 103. In this configuration, the hub 103 is rotated at the same rotational speed as the propeller 100 and the generator blade 111 is rotated at the same rotational speed as the rotational speed of the generator shaft 113. Due to the relative rotational speed of the generator 112 will produce electricity.

허브 볼텍스의 회전 반경은 일반적으로 허브(103)의 반경보다 같거나 작으므로 본 실시 예에서 발전기 블레이드(111)의 직경은 허브(103)의 직경과 같거나 그 보다 작도록 마련된다. 이는 발전기 블레이드(111)의 직경이 허브(103)의 직경 보다 큰 경우 허브 볼텍스에 의한 회전 효율이 감소하고 또한 발전기 블레이드(111)의 자체 저항이 증가하게 되어 오히려 선박의 추진 효율이 떨어질 수 있기 때문이다. Since the rotation radius of the hub vortex is generally equal to or smaller than the radius of the hub 103, the diameter of the generator blade 111 is provided to be equal to or smaller than the diameter of the hub 103. This is because when the diameter of the generator blade 111 is larger than the diameter of the hub 103, the rotational efficiency due to the hub vortex is reduced and the self-resistance of the generator blade 111 is increased, so that the propulsion efficiency of the vessel may be lowered. to be.

또한, 허브 볼텍스는 허브(103)의 끝단에서 멀어질수록 그 회전 반경과 회전력이 감소하므로 본 실시 예에서는 발전기 블레이드(111)가 허브(103)의 끝단으로부터 너무 떨어지지 않도록 설치하고 있다.In addition, since the rotation radius and the rotation force decrease as the hub vortex moves away from the end of the hub 103, the generator blade 111 is installed so that the hub blade 111 does not fall too far from the end of the hub 103.

다음으로 발전기(112)는 허브(103)의 내부에 마련된다. 이러한 발전기(112)는 허브(103)와 함께 회전되나 발전기(112)에 연결된 발전기 축(113)은 발전기(112)에 상대 회전 가능하게 연결되어 있으므로 발전기 축(113)의 회전에 따라 발전기(112)에서 발전이 가능하게 된다. 물론 발전기 축(113)의 회전은 발전기 축(113)에 연결되어 있는 발전기 블레이드(111)의 회전에 따라 이루어진다. Next, the generator 112 is provided inside the hub 103. The generator 112 is rotated together with the hub 103, but the generator shaft 113 connected to the generator 112 is connected to the generator 112 so as to rotate relative to the generator 112 in accordance with the rotation of the generator shaft 113. Development is possible. Of course, the rotation of the generator shaft 113 is made according to the rotation of the generator blade 111 is connected to the generator shaft 113.

즉 발전기(112)와 발전기 축(113)이 상대 회전가능하게 연결되어 있기 때문에, 전술한 바와 같이 발전기(112)는 프로펠러 블레이드(101)의 회전수로 회전하고 허브 볼텍스에 의해 회전되는 발전기 블레이드(111)는 발전기 축(113) 회전수로 회전하게 된다. 그리고 이들 두 회전수의 차이만큼의 상대 회전 속도로 인해 발전기(112)에서 전기가 생산되는 것이다. That is, since the generator 112 and the generator shaft 113 are rotatably connected, the generator 112 rotates at the rotational speed of the propeller blade 101 and rotates by the hub vortex as described above. 111 rotates at the generator shaft 113 revolutions. And due to the relative rotational speed of the difference between these two revolutions is the electricity is produced in the generator (112).

한편 본 실시 예에서 발전기(112)는 발전 효율을 향상시키기 위해 회전속도를 증속시키는 증속기(미도시)를 더 포함할 수 있다. 일반적으로 발전기(112)는 1000rpm이상의 높은 회전 속도에서 최적의 효율을 가지게 되나, 선박의 추진기는 100rpm 이하의 저속 회전을 하게 되어 두 회전 속도에 차이가 발생한다. 따라서, 증속기가 발전기(112)에 설치되어 발전기(112)에 입력되는 회전속도를 증가시킬 수 있다.Meanwhile, in the present embodiment, the generator 112 may further include a speed increaser (not shown) for increasing the rotation speed in order to improve power generation efficiency. In general, the generator 112 has an optimum efficiency at a high rotational speed of 1000rpm or more, but the propeller of the ship is a low-speed rotation of less than 100rpm causes a difference in the two rotational speeds. Therefore, the speed increaser may be installed in the generator 112 to increase the rotation speed input to the generator 112.

또한 본 실시예에 따른 선박은, 발전기(112)에서 발전된 전력을 사용하기 위한 전선(112a)을 더 포함할 수 있다. 즉 선체에 설치된 전기장치(미도시) 예를 들어 배터리(미도시) 등과 연결되어 있는 전선(112a)을 회전 샤프트(102) 내부를 통하여 발전기(112)와 연결시킴으로서 허브볼텍스 발전유닛(110)에서 생산된 전력을 선체에 설치된 전기장치 예를 들어 배터리 등에 공급할 수 있게 된다. In addition, the ship according to the present embodiment may further include a wire (112a) for using the electric power generated in the generator (112). That is, in the hub vortex power generation unit 110 by connecting the electric wire 112a connected to an electric device (not shown) installed in the hull, for example, with a generator 112 through the inside of the rotating shaft 102. The generated power can be supplied to an electric device installed in the hull, for example, a battery.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박의 프로펠러, 허브볼텍스 발전유닛, 그리고 워터젯 분사유닛이 결합된 상태를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 5는 도 4의 워터젯 분사유닛의 물분사부를 도시한 도면이다.4 is a view schematically illustrating a state in which a propeller, a hub vortex power generation unit, and a water jet injection unit of a ship according to a second embodiment of the present invention are coupled, and FIG. 5 is a water spray unit of the water jet injection unit of FIG. 4. Figure is shown.

본 실시예는 전술한 제1 실시예와 비교할 때에 일부의 구성에 있어서 차이가 있을 뿐, 다른 구성에 있어서는 제1 실시예의 구성과 동일하므로, 이하에서는 본 실시예의 차이점이 있는 구성에 대해서만 설명하기로 한다.The present embodiment differs from the above-described first embodiment only in a part of the constitution, and the other constitution is the same as the constitution of the first embodiment. Therefore, only the constitution having a difference in this embodiment will be described below do.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박은, 프로펠러 블레이드 팁 볼텍스(tip vortex)의 감소를 위하여 프로펠러(100)에 결합되어 프로펠러 블레이드 팁 볼텍스 진행 방향으로 물을 분사하는 워터젯 분사유닛(120)을 더 포함한다.As shown in these figures, the ship according to the second embodiment of the present invention is coupled to the propeller 100 to reduce the propeller blade tip vortex to spray water in the propeller blade tip vortex travel direction. It further comprises a water jet injection unit 120.

프로펠러 블레이드의 팁(101a) 부근에서는 팁 볼텍스 캐비테이션(cavitation, 공동현상)이 발생한다. 팁 볼텍스(tip vortex)는 프로펠러 블레이드(101)의 압력면과 흡입면과의 압력차로 인해 압력면으로부터 흡입면으로 프로펠러 블레이드(101) 끝을 타고 회전하는 와류(vortex flow)를 의미하는 것으로, 팁 볼텍스가 발생하면, 팁 볼텍스의 회전에 의한 원심력을 상쇄할 수 있을 만큼 팁 볼텍스 회전 중심의 압력이 낮아지고, 이로 인해 팁 볼텍스(tip vortex) 회전 중심에 캐비티(cavity,거품)가 생성되게 되고 이는 상당한 소음과 진동을 발생시키며 선박의 추진 효율을 저하시키는 원인이 된다.Tip vortex cavitation occurs near the tip 101a of the propeller blade. Tip vortex refers to a vortex flow that rotates from the pressure side to the suction side due to the pressure difference between the pressure side and the suction side of the propeller blade 101, and rotates around the tip of the propeller blade 101. When a vortex occurs, the pressure at the center of rotation of the tip vortex is low enough to offset the centrifugal force caused by the rotation of the tip vortex, which creates a cavity in the center of rotation of the tip vortex. It generates considerable noise and vibration and causes the ship's propulsion efficiency to deteriorate.

본 실시 예에서는 이러한 문제점을 개선하기 위하여 워터젯 분사유닛(120)을 마련하고 있으며, 또한 허브볼텍스 발전유닛(110)의 발전기(112)에서 생산된 전기를 이러한 워터젯 분사유닛(120)의 에너지원으로 활용하고 있다. 이하 본 실시 예의 허브볼텍스 발전유닛(110)의 발전기(112)가 워터젯 분사유닛(120)의 에너지원으로 사용되는 부분에 대하여 상세히 설명하기로 한다.In this embodiment, the water jet injection unit 120 is provided to improve such a problem, and the electricity generated by the generator 112 of the hub vortex power generation unit 110 is used as an energy source of the water jet injection unit 120. It is utilized. Hereinafter, a part in which the generator 112 of the hub vortex power generation unit 110 of the present embodiment is used as an energy source of the waterjet injection unit 120 will be described in detail.

본 실시 예에 따른 워터젯 분사유닛(120)은 프로펠러 블레이드(101)에 마련되어 물을 분사시키는 물분사부(121)와, 허브볼텍스 발전유닛(110)에서 생산된 전기에너지를 공급받아 작동되며 물분사부(121) 쪽으로 물을 공급하는 물공급부(122)와, 물공급부(122)와 물분사부(121)를 연결하는 연결 배관(123)을 포함한다.Water jet injection unit 120 according to the present embodiment is provided on the propeller blade 101 to operate the water injection unit 121 and the electric energy produced by the hub vortex power generation unit 110 to inject water and is operated by the water injection unit ( It includes a water supply unit 122 for supplying water toward the 121, and a connection pipe 123 for connecting the water supply unit 122 and the water injection unit 121.

이러한 구성으로 워터젯 분사유닛(120)은 프로펠러 블레이드 팁(101a) 부근에 공기에 비해 밀도가 큰 물을 분사할 수 있도록 한다. 여기서 프로펠러 블레이드 팁(101a)이란 프로펠러 블레이드(101) 끝점들 중 프로펠러 블레이드(101)의 중앙(101c)에서 가장 먼 지점에 위치하는 점들을 말한다. In this configuration, the waterjet injection unit 120 may inject water having a greater density than air in the vicinity of the propeller blade tip 101a. Here, the propeller blade tip 101a refers to points located farthest from the center 101c of the propeller blade 101 among the propeller blade 101 end points.

프로펠러 블레이드 팁(101a) 부근에 물을 분사하게 되면 운동량 보존 법칙에 의해 팁 볼텍스가 가지고 있던 각운동량은 변하지 않고, 공기에 비해 밀도가 큰 물이 팁 볼텍스에 추가되어 팁 볼텍스의 회전 속도가 감소하게 되고, 팁 볼텍스의 원심력과 이를 상쇄하기 위한 팁 볼텍스 회전 중심에서 발생하는 압력 강하도 작아지게 되어 팁 볼텍스에 의한 캐비티(cavity,거품)의 발생이 억제될 수 있다. 이에 따라, 결과적으로 프로펠러 블레이드 팁(101a) 볼텍스 캐비테이션에 의한 진동과 소음이 방지되고 프로펠러 블레이드(101)의 추진 효율을 향상시킬 수 있다. When water is injected near the propeller blade tip 101a, the angular momentum of the tip vortex does not change according to the law of conservation of momentum, and dense water is added to the tip vortex to reduce the rotational speed of the tip vortex. As a result, the centrifugal force of the tip vortex and the pressure drop generated at the center of rotation of the tip vortex to offset the tip vortex are also reduced, so that the generation of a cavity due to the tip vortex can be suppressed. Accordingly, vibration and noise due to the vortex cavitation of the propeller blade tip 101a can be prevented as a result and the propulsion efficiency of the propeller blade 101 can be improved.

물분사부(121)는 물을 프로펠러 블레이드(101) 외부로 분사하는 부분이다. 도 5에 자세히 도시된 바와 같이, 물분사부(121)는 프로펠러 블레이드(101)의 단부 영역에 형성되는 다수의 물분사홀(121a)일 수 있다. 그러나 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지 않으며, 일례로 물분사부(121)는 노즐일 수도 있다.The water spray unit 121 is a portion for spraying water to the outside of the propeller blade 101. As shown in detail in FIG. 5, the water spray unit 121 may be a plurality of water spray holes 121a formed in the end region of the propeller blade 101. However, the scope of the present invention is not limited thereto. For example, the water spraying unit 121 may be a nozzle.

이러한 다수의 물분사홀(121a)에서 분사되는 물은 프로펠러 블레이드(101) 흡입면과 압력면의 압력차에 의해 발생하는 팁 볼텍스에 추가되어 팁 볼텍스의 회전속도를 떨어뜨려 결과적으로 앞서 언급한 바와 같이 캐비테이션을 감소시킨다.The water sprayed from the plurality of water injection holes 121a is added to the tip vortex generated by the pressure difference between the suction surface and the pressure surface of the propeller blade 101 to decrease the rotational speed of the tip vortex and as a result, as mentioned above. Reduce cavitation as

물공급부(122)는 물분사부(121)에 물을 고압으로 공급한다. 본 실시예의 경우, 물공급부(122)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 회전 샤프트(102)의 허브(103) 내에 마련된다. The water supply unit 122 supplies water to the water spray unit 121 at high pressure. In the present embodiment, the water supply 122 is provided in the hub 103 of the rotary shaft 102, as shown in FIG.

이러한 물공급부(122)는, 허브(103) 외측면에 개폐 가능한 별도의 홀(미도시)과 물공급부(122)를 연결하는 공급배관(122a)을 더 포함하여, 홀을 통해 물을 공급받을 수 있다. 그러나 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지 않으며, 비록 도시되지는 않았으나, 물공급부(122)가 선체(10) 내부에 배치된 물탱크(미도시)와 연결된 분사물 이동관(미도시)을 포함하여 물탱크(미도시)와 물공급부(122)를 연결함으로써 선체(10) 내부의 물탱크(미도시)로부터도 물을 공급받을 수도 있을 것이다.The water supply unit 122 further includes a separate opening (not shown) that can be opened and closed on the outer side of the hub 103 and a supply pipe 122a connecting the water supply unit 122 to receive water through the hole. Can be. However, the scope of the present invention is not limited thereto, although not shown, the water supply unit 122 includes an injection pipe (not shown) connected to a water tank (not shown) disposed inside the hull 10. By connecting the water tank (not shown) and the water supply unit 122 may be supplied with water from the water tank (not shown) inside the hull 10.

연결 배관(123)은 물공급부(122)와 물분사부(121)를 연결하는 물의 이동통로로 사용된다. 도 4 내지 5를 참조하면, 연결 배관(123)은, 회전 샤프트(102) 내부에 마련되며 물공급부(122)와 연결되는 메인 배관(123a)과, 프로펠러 블레이드(101) 내부에 마련되며 프로펠러 블레이드(101)의 중앙(101c) 영역에서 메인 배관(123a)으로부터 분기되어 물분사부(121)에 연결되는 적어도 하나의 분기 배관(123b)을 포함한다. The connection pipe 123 is used as a moving passage of water connecting the water supply unit 122 and the water injection unit 121. 4 to 5, the connection pipe 123 is provided inside the rotating shaft 102 and connected to the water supply part 122, and is provided inside the propeller blade 101 and the propeller blade 101. At least one branch pipe 123b branched from the main pipe 123a in the center 101c of the 101 and connected to the water spraying unit 121.

이러한 연결 배관(123)은 회전 샤프트(102) 및 프로펠러 블레이드(101) 내부에 배치되도록 마련될 수 있다. 이때, 메인 배관(123a)은 회전 샤프트(102)에 나란한 직선 형상이고 분기 배관(123b)은 프로펠러 블레이드(101)의 곡면 형상에 대응해 나선형상일 수 있다.The connection pipe 123 may be provided to be disposed inside the rotating shaft 102 and the propeller blade 101. In this case, the main pipe 123a may have a straight line shape parallel to the rotary shaft 102, and the branch pipe 123b may have a spiral shape corresponding to the curved shape of the propeller blade 101.

본 실시 예에서 허브(103)에 마련되는 물공급부(122)는 물에 압력을 가하는 펌프(미도시)를 포함할 수 있다. 펌프는 물분사부(121)에서 물이 분사될 수 있도록 물에 압력을 가하여 물분사부(121)로 물을 공급하는 역할을 한다. 이 경우, 물공급부(122)는 압축된 물을 물분사부(121)로 공급하는 제어밸브(미도시)를 더 포함할 수도 있다. In this embodiment, the water supply unit 122 provided in the hub 103 may include a pump (not shown) for applying pressure to the water. The pump acts to supply water to the water spraying unit 121 by applying pressure to the water so that water is sprayed from the water spraying unit 121. In this case, the water supply unit 122 may further include a control valve (not shown) for supplying the compressed water to the water injection unit 121.

한편 본 실시 예에서 허브볼텍스 발전유닛(110)의 발전기(112)는, 물공급부(122)의 펌프에 연결되어 펌프에 전기를 공급하는 역할을 한다. 즉 허브 볼텍스에 의한 발전기 블레이드(111)의 회전에 의하여 발전기(112)는 전기를 생산하고 이 생산된 전기는 펌프에 제공된다. Meanwhile, in the present embodiment, the generator 112 of the hub vortex power generation unit 110 is connected to the pump of the water supply unit 122 and serves to supply electricity to the pump. That is, the generator 112 produces electricity by the rotation of the generator blade 111 by the hub vortex, and the produced electricity is provided to the pump.

이와 같이 허브볼텍스 발전유닛(110)의 발전기(112)로부터 전기를 공급받아 펌프가 구동되면, 물은 허브(103)와 회전 샤프트(102) 내부의 메인 배관(123a)을 지나 프로펠러 블레이드(101)의 중앙 영역에서 분기되어 적어도 하나의 분기 배관(123b)을 따라 이동한 후, 다수의 물분사홀(121a)을 통해 프로펠러 블레이드(101) 외부로 분사된다.When the pump is driven by receiving electricity from the generator 112 of the hub vortex power generation unit 110 as described above, the water passes through the main pipe 123a inside the hub 103 and the rotating shaft 102 and propeller blades 101. After branching in the central region of the at least one branch pipe 123b to move, it is sprayed to the outside of the propeller blade 101 through a plurality of water spray holes (121a).

전술한 실시 예들에서는 허브볼텍스 발전유닛(110)이 회전 샤프트(102)의 허브(103)에 설치된 것에 대하여 상술하였으나, 허브 볼텍스 에너지를 회수하기 적합한 장소라면 허브(103) 외의 적절한 회전 샤프트(102)의 영역에 설치될 수도 있을 것이다.In the above-described embodiments, the hub vortex power generation unit 110 has been described above with respect to the hub 103 of the rotating shaft 102. However, if the hub vortex energy is a suitable place for recovering the hub vortex energy, the appropriate rotating shaft 102 other than the hub 103 may be used. It may be installed in the area of.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Accordingly, such modifications or variations are intended to fall within the scope of the appended claims.

10 : 선체
100 : 프로펠러 110 : 허브볼텍스 발전유닛
120 : 워터젯 분사유닛 101 : 프로펠러 블레이드
102 : 회전 샤프트 103 : 허브
111 : 블레이드 112 : 발전기
121 : 물분사부 122 : 물공급부
123 : 연결 배관10: Hull
100: propeller 110: hub vortex power generation unit
120: water jet injection unit 101: propeller blade
102: rotating shaft 103: hub
111: blade 112: generator
121: water injection unit 122: water supply unit
123: connecting piping

Claims

A propeller blade and a rotation shaft connected to a central region of the propeller blade to form a rotation axis of the propeller blade, the propeller being coupled to the hull to generate a propulsion force; And
It is coupled to the propeller, and includes a hub vortex power generation unit for generating electrical energy based on the rotational energy by the hub vortex (hub vortex) generated when the propeller,
The hub vortex power generation unit is coupled to a hub (hub) forming the rear end of the rotating shaft,
The hub vortex power generation unit,
A generator blade coupled to a generator shaft disposed rotatably with respect to the hub, the generator blade being disposed outside the hub and rotated by a hub vortex generated when the rotation shaft is rotated; And
The generator shaft is coupled to be rotatable relative to the inside of the hub is rotated with the hub, comprising a generator for generating electrical energy based on the rotational energy according to the relative rotational difference between the hub and the generator blade Ship.

delete

The method of claim 1,
The generator further includes a speed increaser for increasing a rotation speed input to the generator.

The method of claim 1,
Wherein the diameter of the blade is equal to or smaller than the diameter of the hub.

A propeller blade and a rotation shaft connected to a central region of the propeller blade to form a rotation axis of the propeller blade, the propeller being coupled to the hull to generate a propulsion force;
A hub vortex power generation unit coupled to the propeller and generating electrical energy based on rotational energy caused by a hub vortex generated when the propeller is rotated; And
It includes a waterjet injection unit coupled to the propeller to spray water in the direction of the propeller blade tip vortex to reduce the propeller blade tip vortex cavitation generated when the propeller blade is rotated,
The hub vortex power generation unit is coupled to the hub (hub) forming the rear end of the rotating shaft.

The method according to claim 6,
The water jet injection unit,
A water spray unit provided on the propeller blades to spray water;
A water supply unit which is operated by receiving electrical energy produced by the hub vortex power generation unit and supplies water toward the water spray unit; And
Vessel comprising a connection pipe for connecting the water supply and the water spray.

The method of claim 7, wherein
The water spraying unit, characterized in that the water injection hole formed in the end region of the wings forming the propeller blades.

The method of claim 7, wherein
The connection piping includes:
A main pipe provided inside the rotating shaft and connected to the water supply unit; And
And at least one branch pipe provided in the propeller blade and branched from the main pipe in the central region of the propeller blade to be connected to the water spraying unit.

The method of claim 7, wherein
The water supply unit, the vessel comprising a pump for supplying water to the water injection unit by applying pressure to the water.

The method of claim 7, wherein
The water supply unit,
A hole openable to the hub outer surface; And
A supply pipe connecting the hole and the water supply unit,
Vessel receiving water through the hole.

The method of claim 7, wherein
The water supply unit includes a water injection pipe connecting the water tank and the water supply inside the hull,
Vessel receiving water from the water tank.