KR101334217B1 - 연료절감형 선박용 크라운 덕트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프로펠러에 유입되는 물의 유동방향을 조절 되도록 함으로서 부가물 자체 저항을 최소화한 상태에서 추진력과 에너지 효율이 향상되도록 고안된 장치로 이로 인하여 선박운항시 사용되는 연료를 절감할 수 있도록 한 선박용 크라운덕트로, 선박용 선미(10)에 설치되는 반원형 모양의 덕트(100); 및 상기 덕트(100)와 선미에 연결되며 정중앙에 설치되는 센터핀(201), 이 센터핀 양측에 덕트(100)에 설치되는 제 1 및 제2핀(202,203)과, 상기 덕트(100) 양단과 선미(10)에 설치되는 제3 및 제4핀(204,205)으로 이루어진 것을 특징으로 하고, 상기 센터핀(201) 및 각 핀(202,203,204,205)은 샤프트(20) 센터라인의 가상의 수직면을 기준으로 3~15 °각도로 기울어지게 설치되며, 상기 덕트(100)는 프로펠러 지름의 40~60%의 지름을 갖으며, 샤프트(20) 센터라인에서 센터 핀의 바깥쪽 끝 부분까지의 길이는 프로펠러 반경의 80~120%이며, 제1 및 제2핀은 덕트 외판에서부터 핀의 바깥쪽 끝 부분까지의 길이는 프로펠러 반경의 30~60%로 하고, 제 3 및 제4핀의 길이는 덕트 내부끝단까지의 길이로 하였다.

Description

연료절감형 선박용 크라운 덕트{Fuel-efficiecy Improving crown duct for ship}

본 발명은 선박 프로펠러의 전방에 정류자(Stator)와 세미덕트(Semi-Duct)가 복합적으로 구성된 선박용 부가물 크라운 덕트(Crown Duct)에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 프로펠러에 유입되는 물의 유동방향을 조절 되도록 함으로서 부가물 자체 저항을 최소화한 상태에서 추진력과 에너지 효율이 향상되도록 고안된 장치로 이로 인하여 선박운항 시 사용되는 연료를 절감할 수 있도록 한 선박용 크라운덕트에 관한 것이다.

일반적으로 균일류(Uniform Inflow)에서의 추진 효율이 선체 선미부에서와 같은 불균일류(Non-Uniform Inflow)에서의 효율보다 높다.

또한 프로펠러의 회전으로 인하여 프로펠러 후류는 회전방향의 속도 분포를 가지게 된다.

그러나 이 회전 방향 속도 성분은 추진 성능에 도움을 주지 못하는 에너지 손실분이며, 통상적으로 엔진으로부터 프로펠러에 주어지는 에너지의 10∼30%에 달한다.

이 회전속도 성분으로 인한 에너지 손실을 방지하기 위하여 도 1(a)에서와 같이 프로펠러 앞 또는 뒤에 방사형의 날개를 가지는 스테이터(Stator)가 설치되어 프로펠러 회전과 반대방향의 속도 성분을 발생시켜, 전체적으로 프로펠러 뒤에서의 회전 방향 속도 성분을 감소시켜 에너지 손실을 최소화하기도 한다.

그러나 종래의 스테이터는 도 1(b)에서 보인 바와 같이 고정 단일 날개를 방사형으로 설치하며, 그 날개에 각도를 주어 프로펠러 회전 방향과 반대인 유체의 속도 성분을 발생시키도록 고안되었으나 날개의 수가 많고 길이가 길어 비효율적인 단점이 있다.

또한 도 1(c)에 보인 바와 같이 원환을 이용하여 기존날개 사이에 짧은 보조날개를 설치하는 방법도 제안되었으나, 구조적으로 복잡하고, 원환과 보조날개의 연결부위에 구조적 취약성을 가지고 있다.

이러한 기존의 스테이터는 방사형으로 설치되기 때문에, 프로펠러 앞의 좁은 선미 면적에 설치하기가 용이하지 않다는 문제점이 있다.

첨부된 도면에 따라 설명하면 다음과 같다.

도 1의 (a),(b)는 종래의 스테이터로 길이(Span)가 거의 일정한 6개의 Fin으로 구성되었다.

도 1의 (c)는 이러한 단점을 보완하기 위하여 제안되었던 방법으로 원환(5)을 이용하여 기존날개(3) 사이에 짧은 보조날개(4)를 설치하는 방법이 제안되기도 하였다.

그러나 이 경우 구조적으로 복잡하고, 원환(5)과 보조날개(4)의 연결부위에 구조적 취약성을 가진다.

따라서, 본 발명은 선박 운항 시 연료절약형 선박에 대한 선주들의 선호가 높아진 만큼 효율이 좋고 설치가 간편한 친환경 선박의 에너지 효율향상을 위한 추진성능 개선 부가물을 개발하여 운항경비 절감뿐 아니라 기존운항 선박 및 신 선박에 설치하고 IMO 기준 및 국가정책에 준하는 친환경 선박 에너지의 기반기술 확립을 할 수 있도록 한 연료절감형 선박용 크라운 덕트를 개발하기에 이르렀다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 안 출 한 것으로, 선미 프로펠러 앞 부분에 보다 효율적인 구조로 본 발명 선박용 크라운 덕트를 설치함으로써, 선박의 에너지 효율 향상과 함께 선박 운항 시 사용되는 연료를 절감하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 연료절감형 선박용 크라운 덕트는

선박용 선미(10)에 설치되는 반원형 모양의 덕트(100); 및

상기 덕트(100)와 선미에 연결되며 정중앙에 설치되는 센터핀(201), 이 센터핀 양측에 덕트(100)상부에 설치되는 제 1 및 제2핀(202,203)과, 상기 덕트(100) 양단과 선미(10)에 설치되는 제3 및 제4핀(204,205)으로 이루어진 것을 특징으로 하고, 상기 센터핀(201) 및 각 핀(202,203,204,205)은 샤프트(20) 센터라인의 가상의 수직면을 기준으로 3~15 °각도로 기울어지게 설치되며, 상기 덕트(100)는 프로펠러 지름의 40~60%의 지름을 갖으며, 샤프트 센터라인에서 센터 핀의 바깥쪽 끝 부분까지의 길이는 프로펠러 반경의 80~120%이며, 제1 및 제2핀은 덕트 외판에서부터 핀의 바깥쪽 끝 부분까지의 길이는 프로펠러 반경의 30~60%로 하고, 제 3 및 제4핀의 길이는 덕트 내부끝단까지의 길이로 하였다.

본 발명 선박용 크라운 덕트는 선미 부분에서 프로펠러 전방에서 프로펠러의 회전에너지 및 물의 점성효과로 발생하는 프로펠러 전방 회전유동(Pre-Rotating Flow)을 역이용하고 또한 부분적으로 균일하게 해 주는 역할을 하여 에너지 효율향상과 함께 본 발명품을 부착하지 않은 선박과 비교하여 약 4~5% 가량의 연료 절감 효과를 볼 수 있다.

특히 이는 일반적으로 약 0.2knot 정도의 속도 증가 효과에 해당하며 년 간 항해일수로 환산하면 상당한 연료비를 절감할 수 있다.

따라서, 본 발명은 신 선박뿐 아니라 기존에 운항하던 선박에도 부착할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 종래의 스테이터를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 연료절감형 선박용 크라운 덕트가 설치된 상태를 나타낸 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 보다상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 연료절감형 선박용 크라운 덕트에 관한 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이,

선박용 선미에 반원형 모양의 덕트(100)가 설치된다.

상기 덕트(100)에는 여러 개의 핀이 일정한 간격으로 설치된다.

예를 들면, 정중앙에 센터핀(201)이 설치되는 데, 상기 센터핀(201)은 덕트(100)와 선미(10)에 연결되되고, 이 센터핀(201) 양측에는 제 1 및 제2핀(202,203)이 설치되고, 상기 덕트(100) 양단과 선미(10) 외판에는 제3 및 제4핀(204,205)이 설치된다.

이때, 상기 센터핀(201) 및 각 핀(202,203,204,205)는 샤프트(20) 센터라인의 가상의 수직면을 기준으로 3~15 °각도로 기울어지게 설치된다.

또한, 상기 덕트(100)의 설치면적은 프로펠러(도시하지 않음) 지름의 40~60%를 치지하며, 샤프트(20) 센터라인에서 센터 핀(201)의 바깥쪽 끝 부분까지의 길이는 프로펠러 반경의 80~120%를 차지한다.

또한, 상기 제1 및 제2핀(202,203)은 덕트(100)의 외판에서부터 핀의 바깥쪽 끝 부분까지의 길이는 프로펠러 반경의 30~60%로 하고, 제 3 및 제4핀(204,205)의 길이는 덕트(100) 내부끝단까지의 길이로 하였다.

따라서, 상기와 같이 설치되는 연료절감형 선박용 크라운 덕트는, 도 2 와 같이 프로펠러(도시하지 않음)의 전방의 정류자와 세미덕트가 복합적 구성된 선박용 부가물로서 특히 각 정류자의 날개 길이를 달리하여 필요 이상의 길이를 축소하여 날개에 받는 하중을 최소화하고 각 핀의 부착위치(Setting Angle), 부착각(Attach of Angle)을 적절히 조정하여 프로펠러로 유입되는 물의 흐름에 의한 저항을 최소한 상태에서 회전에너지를 역 이용하여 추진효율이 향상될 수 있는 방향으로 설계 및 선박에 설치된다.

또한, 각 핀의 부착위치나 부착각도는 유동계산이나 반류계측 모형시험에 의하여 도출된 자료에 근거하여 결정된다.

따라서, 선미(10) 부분에서 프로펠러 전방에서 프로펠러의 회전에너지 및 물의 점성효과로 발생하는 프로펠러 전방 회전유동(Pre-Rotating Flow)을 역이용하고, 또한 부분적으로 균일하게 해 주는 역할을 하여 에너지 효율향상과 함께 본 발명 연료절감형 선박용 크라운 덕트를 부착하지 않은 선박과 비교하여 약 4~5% 가량의 연료 절감 효과를 볼 수 있다. 이는 일반적으로 약 0.2노트(knot) 정도의 속도 증가 효과에 해당하며 연간 항해일수로 환산하면 상당한 연료비를 절감할 수가 있다.

또한, 본 발명 연료절감형 선박용 크라운 덕트는 신 선박뿐만 아니라 기존에 운항하던 선박에도 부착할 수 있는 이점이 있다.

본 발명은 상기한 바람직한 실시예와 첨부한 도면을 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 개념 및 범위 내에서 상이한 실시예를 구성할 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정해지며, 본 명세서에 기재된 특정 실시예에 의해 한정되지 않는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 선미 20 : 샤프트
100 : 덕트 201 : 센터핀
202,203,204,205 : 핀

Claims (3)

1. 선박용 선미(10)에 설치되는 반원형 모양의 덕트(100); 및
   상기 덕트(100)와 선미(10)에 연결되며 정중앙에 설치되는 센터핀(201), 이 센터핀(201) 양측에 상기 덕트(100)에 설치되는 제1핀(202) 및 제2핀(203)과, 상기 덕트(100) 양단과 상기 선미(10)에 설치되는 제3핀(204) 및 제4핀(205)으로 이루어지며,
   상기 센터핀(201) 및 각 핀(202, 203, 204, 205)은 샤프트(20) 센터라인의 가상의 수직면을 기준으로 3~15 °각도로 기울어지게 설치되며,
   상기 덕트(100)는 프로펠러 지름의 40~60%의 지름을 갖으며, 상기 샤프트(20) 센터라인에서 상기 센터핀(201)의 바깥쪽 끝 부분까지의 길이는 프로펠러 반경의 80~120%이며, 상기 제1핀(202) 및 제2핀(203)은 덕트(100) 외판에서부터 핀(202, 203)의 바깥쪽 끝 부분까지의 길이는 프로펠러 반경의 30~60%로 하고, 상기 제3핀(204) 및 제4핀(205)의 길이는 상기 덕트(100) 내부까지의 길이로 한 것을 특징으로 하는 연료절감형 선박용 크라운 덕트.
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