KR101336221B1 - 링형 선박 추진장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프로펠러 없이 선체를 추진할 수 있는 링형 선박 추진장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 선체 외부의 물이 유입되는 입수구, 상기 입수구를 통해 유입되는 물에 포함된 이물질을 거르는 필터부, 상기 입수구를 통해 유입된 물을 일측으로 가압하여 유동시키는 펌프부, 내부에 상기 펌프부를 통해 유입된 물이 일시저장되면서 유동되는 챔버가 형성되고, 상기 챔버 내측의 물이 챔버 외측으로 분사되는 분사구가 형성된 단면을 가지며, 중심부가 개구된 형태로 이루어지는 추진노즐을 포함하여 이루어지는 링형 선박 추진장치가 제공된다.

Description

링형 선박 추진장치{Ring Type Ship Thruster}

본 발명은 링형 선박 추진장치에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 프로펠러 없이 선체를 추진할 수 있는 링형 선박 추진장치에 관한 것이다.

해수나 담수 등의 유체 위를 항해하기 위하여 선박에는 추진장치가 구비된다. 이러한 추진장치는 소형 선박에 쓰이는 노부터 풍력을 이용한 돛 및 모터나 내연기관을 이용한 프로펠러 스크류 등 다양한 종류의 추진장치가 구비된다.

선박이 보다 대형화되고 고속화 되는 이유로 이러한 추진장치 중 근래에 제일 널리 이용되는 방식은 프로펠러 스크류를 이용하여 추진하는 방식이다.

상기와 같은 프로펠러 스크류를 이용하여 추진하는 방식은 도 1에 도시된 바와 같은 프로펠러(30)가 구동원인 모터 또는 내연기관에 회전축으로 연결되어 회전되며, 프로펠러(30) 회전시 발생하는 전후의 압력차이로 인해 구동력이 발생하여 선박(10)이 추진된다.

또한, 근래에 들어 선박의 추진과 함께 추진방향을 조절할 수 있는 아지무스(Azimuth) 방식의 추진장치도 적용되고 있다.

그런데, 이러한 종래의 아지무스 방식 및 프로펠러를 이용한 추진장치는 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 팬의 구동을 위해 설치된 축 및 기계부품을 위한 공간등이 물이 흐르는 경로상에 위치하므로 저항이 발생하여 성능이 저하되는 문제점이 있다.

둘째, 선박이 운행하는 바다나 강 등에는 순수한 물과 같은 유체만 있는 것이 아니라, 해조류나 해양쓰레기 및 폐 그물 등이 부유하고 있는데 이러한 것들이 회전하고 있는 프로펠러(30)나 회전축(20)에 감기게 되면 고장이 발생되는 문제점이 있다.

셋째, 상기와 같이 해양쓰레기등이 프로펠러(30)에 감기면 정비가 필요한데, 프로펠러(30)는 그 특성상 항상 유체에 잠겨있으므로 정비를 위해서는 작업자가 물 속에 들어가거나 선체를 유체 위로 들어올려야 하므로 작업이 매우 위험하며 어렵고 시간이 오래걸리며 비용이 증대되는 문제점이 있다.

넷째, 고속회전하는 프로펠러(30)에 의해 고래 등의 해양생물들이 다칠 수 있는 문제점이 있다.

한국등록실용신안 20-0459459

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 선박을 추진하는 추진장치에 그물 등의 해양쓰레기에 의해 유발되는 고장이 최소화되며, 유체의 이동경로상에 유체의 흐름을 방해하는 구성요소가 위치되지 않아 저항요소가 최소화되고, 정비가 수월한 링형 선박 추진장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 선체 외부의 유체가 유입되는 입수구, 상기 입수구를 통해 유입되는 유체에 포함된 이물질을 거르는 필터부, 상기 입수구를 통해 유입된 유체를 일측으로 가압하여 유동시키는 펌프부, 내부에 상기 펌프부를 통해 유입된 유체가 일시저장되면서 유동되는 챔버가 형성되고, 상기 챔버 내측의 유체가 챔버 외측으로 분사되는 분사구가 형성된 단면을 가지며, 중심부가 개구된 형태로 이루어지는 추진노즐을 포함하여 이루어지는 링형 선박 추진장치가 제공된다.

상기 분사구는 상기 추진노즐의 내주면을 따라 유체를 분사하도록 상기 추진노즐의 내주면 둘레로 형성될 수 있다.

상기 추진노즐의 내주면은 상기 분사구를 통해 분사된 유체가 그 표면을 따라 유동되는 코안다 표면을 형성할 수 있다.

그리고, 상기 추진노즐의 내주면의 단면 길이는 외주면의 단면 길이보다 길게 형성될 수 있다.

상기 필터부와 펌프부는 선체 내부에 구비될 수 있다.

상기 추진노즐은 추진방향의 변경이 가능하도록 회전되는 마운트를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 링형 선박 추진장치에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 대부분의 구성요소가 선체 내부에 구비되어 있어 물이 흐르는 경로상에 위치되는 구성요소가 최소화 되므로 물의 흐름에 간섭되는 저항체가 최소화되므로 궁극적으로 추진성능 및 효율이 향상되는 효과가 있다.

둘째, 유입된 물의 이물질을 거르는 필터부가 구비되고, 추진력이 발생되는 부위에 회전체가 없어 그물 등의 해양 쓰레기로 인한 고장이 발생될 우려가 최소화되며, 아울러 해양생물에 위해를 가할 우려가 없는 장점이 있다.

셋째, 추진노즐을 제외한 필터부 및 펌프부 등 대부분의 구성요소가 선체 내부에 구비될 수 있어 고장 발생시에도 선체 내부의 물을 비운 후 수리작업을 선체 내부에서 실시할 수 있어 유지보수가 매우 간편하므로, 정비소요시간 및 정비비가 줄어들어 보다 경제성이 향상되는 장점이 있다.

도 1은 종래이 선박을 도시한 측면도;
도 2는 본 발명이 일 실시예에 따른 링형 선박 추진장치가 적용된 선박을 도시한 측면도;
도 3은 도 2의 추진노즐을 도시한 사시도;
도 4는 도 3의 일부를 절개하여 도시한 절개 사시도;
도 5는 도 3의 추진노즐의 단면을 도시한 절개 사시도; 그리고,
도 6은 도 3의 추진노즐 부근의 물의 흐름을 도시한 단면도 이다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

본 실시예에서 링형 선박 추진장치(100)는 바다나 강 등에서 운행하는 선박이나 잠수함 등에 적용되는 것을 예로 들어 설명하기로 하며, 이하, 바다의 해수나 강의 담수와 같은 물을 '유체'라 통칭하기로 한다. 물론, 본 발명의 링형 선박 추진장치는 해수나 담수에 대해서만 적용되는 것이 아니라 흐를 수 있는 유체라면 어떠한 것이든 적용이 가능하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 링형 선박 추진장치(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 입수구(110)와 필터부(130), 펌프부(140) 및 추진노즐(150)을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 입수구(110)는 선체(50)가 떠있는 주위의 선체(50) 외부의 유체를 유입하기 위해 형성된 구성요소로서, 선체(50)의 측면 또는 하면에 형성될 수 있다. 물론, 별도의 파이프 등의 구성요소에 의해 선체 외부의 물을 흡입하도록 구비될 수 도 있다.

본 실시예에서는, 상기 입수구(110)가 선체(50)의 저면에 형성되어 유체를 선체(50) 저면으로부터 흡입하는 것을 예로 들어 설명하나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 선체(50)의 측면에 입수구가 형성될 수도 있다.

또한, 본 실시예는 선체 외부의 해수나 담수 등의 유체를 직접흡입하는 것을 예로 들어 설명하나, 도면에 도시되지는 않았지만 선체의 균형을 조절하는 워터 밸러스트 탱크 등에 기 저장된 유체를 흡입하도록 이루어질 수도 있을 것이다.

선체(50)가 떠있는 강이나 바다의 담수나 해수 등의 유체에는 여러 가지 해조류 및 그물과 해양 쓰레기가 부유하고 있을 수도 있는데, 상기 필터부(130)는 상기 입수구(110)를 통해 유입된 유체가 흐르는 경로(120)상에 위치됨으로써 유체와 함께 입수구(110)로 유입되는 해양쓰레기 등의 이물질을 거르는 구성요소이다.

상기 펌프부(140)는 상기 입수구(110)를 통해 유입된 유체를 가압하여 후류측으로 유동시키는 구성요소로서, 상기 입수구(110)를 통해 유입된 유체가 흐르는 경로(120)상에 위치되며, 상기 필터부(130)의 후류측에 위치될 수 있다. 상기와 같은 펌프부(140)는 하나 이상의 프로펠러(142)나 터빈(미도시) 등이 직렬 또는 병렬로 배치되어 이루어질 수 있으나, 본 발명의 펌프부(140)는 프로펠러(142)나 터빈 등으로 이루어지는 것에 한정되지 않으며 유체를 가압할 수 있는 것이라면 다른 구성을 가지는 것도 가능하다.

상기 필터부(130) 및 펌프부(140)는 선체(50) 내부에 구비될 수 있다. 상기와 같이 비교적 정비소요가 많은 필터부나 복잡한 구성요소를 가지는 펌프부가 선체 내부에 구비되면, 상기 필터부에 이물질이 과도하게 적층된다던지 또는 상기 펌프부(140)에 고장 및 유지보수사항이 발생할 경우에도 해당부위에 유체를 비운 후 작업자가 작업하기가 용이하다.

상기 추진노즐(150)은 선체(50) 측면 또는 하측의 유체에 잠기도록 구비되며 상기 펌프부(140)를 통해 유입된 유체를 선체(50) 추진방향과는 반대방향으로 분사하여 선체(50)를 추진시키는 추진력을 발생시키는 구성요소이다.

상기 추진노즐(150)은 도 3에 도시된 바와 같이, 마운트(160)에 의해 선박으로부터 외측으로 연장되어 구비될 수 있다.

상기 마운트(160)는 상기 선박 내부로부터 외측으로 연장되며, 상기 펌프부(140)로부터 유동되는 유체를 상기 추진노즐(150)로 공급하도록 내부에 유체가 유동되는 통로를 형성할 수 있으며, 그 하단에 상기 추진노즐(150)이 구비되는 것이다.

상기 추진노즐(150)은 도 3에 도시된 바와 같이, 중심부에 해수나 담수 등의 유체가 자유롭게 통과할 수 있는 개구부(152)가 형성된 링 형태로 이루어질 수 있다. 물론, 본 발명에서 상기 추진노즐(150)은 반드시 링형태로 이루어지는 것에 한정되지 않으며, 삼각이나 사각형 등의 다각형 형태도 가능하고, 본 실시예에서는 상기 분사노즐이 원형의 링 형태로 이루어지는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

상기 링 형태로 이루어진 추진노즐의 단면 내부는 도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 펌프부(140)로부터 압송된 유체를 일시저장하면서 링 형태의 추진노즐 내부로 유동되는 챔버(156)와, 상기 챔버(156) 내측의 유체가 챔버(156) 외측으로 분사되는 분사구(154)가 형성된 단면으로 이루어진다.

이 때, 상기 분사구(154)는 선박이 추진되는 방향의 반대방향으로 유체를 분사하도록 상기 추진노즐(150)에 구비될 수 있으며, 상기 추진노즐(150)에 복수개가 구비되거나 또는 링형의 추진노즐(150)의 둘레에 걸쳐 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 상기 분사구(154)가 상기 링 형태의 추진노즐(150)의 둘레에 걸쳐 형성되는 것을 예로 들어 설명하기로 하나 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 형태로 형성되는 것도 가능하다.

본 실시예에서, 상기 분사구는 도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 링 형태의 추진노즐(150)의 내주면(158)을 따라 유체를 분사하도록 상기 추진노즐(150)의 내주면(158) 둘레로 형성될 수 있다.

또한, 상기 추진노즐(150)의 내주면(158)은 상기 분사구(154)를 통해 분사되는 유체가 내주면(158) 표면을 따라 유동하는 코안다 표면을 형성하도록 이루어질 수 있다.

물이나 공기 등의 유체가 물체의 만곡을 이루는 표면을 흐를 때 그 표면에 밀착되어 흐르는 현상을 코안다 효과(Coanda effect)라고 부르는데, 상기 분사구(154)에서 분사된 유체가 코안다 효과에 의해 상기 추진노즐(150)의 내주면(158)을 따라 유동하게 되며, 상기 분사된 유체가 밀착유동되는 상기 추진노즐의 내주면을 코안다 표면이라 칭하기로 한다.

상기 분사구(154)에서 분사된 유체가 코안다 효과에 의해 코안다 표면인 추진노즐(150)의 내주면(158)을 따라 흐르도록, 상기 분사구(154)는 상기 추진노즐의 내주면(158) 전측에 위치되어 후측으로 유체를 분사하도록 형성될 수 있다.

한편, 상기 코안다 표면을 이루는 추진노즐의 내주면(158)은 상기 추진노즐의 외주면(159)보다 단면상 길이가 길게 형성될 수 있다. 본 실시예에서 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 추진노즐의 외주면(159)은 단면상 직선을 형성하며, 내주면(158)은 개구부(152) 내측을 향하여 만곡되게 돌출된 에어로포일(aerofoil) 형태로 이루어질 수 있다. 이는, 상기 내주면(158)을 흐르는 유체의 압력이 추진노즐(150)의 외주면(159) 측의 유체의 압력보다 작도록 하기 위한 것이다.

즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 코안다 표면을 이루는 추진노즐의 내주면(158)을 따라 유동하는 유체의 경로가 추진노즐의 외주면(159) 측을 유동하는 유체의 경로보다 길게 되므로, 내주면(158)을 따라 흐르는 유체의 속도가 추진노즐의 외주면(159) 측을 유동하는 유체의 속도보다 빠르게 되며, 베르누이 법칙에 의해 내주면(158)을 따라 흐르는 유체의 압력이 추진노즐의 외주면(159) 측을 유동하는 유체의 압력보다 낮게 된다.

이 때, 추진노즐의 외주면(159) 측을 유동하는 유체의 압력은 추진노즐(150) 주변의 물의 압력이며, 이 압력보다 상기 내주면(158)을 흐르는 유체의 압력이 낮으므로, 상기 추진노즐(150) 중심부의 개구된 부분(152)에 위치된 유체는 상기 내주면(158)을 흐르는 유체을 따라 흐르게 된다.

따라서, 상기 추진노즐(150) 전체를 고려할 때 상기 추진노즐(150)의 개구된 부분(152)을 통과하는 유체의 양은 상기 분사구(154)에서 분사된 유체의 양 보다 많게 되며 그 반작용에 따라 선박이 추진될 수 있다.

상기와 같이 상기 추진노즐(150)의 중심부가 개구(152)되어 있으므로 부유하는 해양 쓰레기 및 해양 생물들이 상기 개구된 부분(152)을 통하여 통과할 수 있으므로 추진노즐(150)에 해양쓰레기가 감기는 현상이 발생하지 않으며, 해양생물의 피해가 최소화 될 수 있다.

한편, 상기 추진노즐(150)은 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 마운트(160)에 의해 회전 가능하게 구비되어 추진방향의 전환이 가능하게 구비될 수도 있다.

한편, 상기와 같은 링형 선박추진장치는 선박의 제조시 진수 전에 도크 또는 육지의 작업장소에서 상기 필터부(130)와 폄프부(140) 및 프로펠러(142)와 추진노즐(150)을 설치 및 장착하여 조립을 완료할 수 있다. 또한, 조립공정상 선박의 진수 후 링형 선박 추진장치를 장착하고자 할 때에는 상기 경로(120) 및 필터부(130)와 폄프부(140) 및 프로펠러(142)와 같은 선체 내부에 구비되는 부분은 선박의 진수 전에 설치하여 진수하고, 추진노즐(150) 등 선체 외부에 구비되는 부분은 잠수부 또는 잠수로봇 등을 이용하여 장착할 수도 있을 것이다. 그러나 본 발명은 그 설치공법에 한정되지 아니하며 어떠한 방법으로 설치하는 것도 무방하다.

이상과 같이 본 발명에 따른 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

50: 선체 100: 링형 선박 추진장치
110: 입수구 120: 경로
130: 필터부 140: 펌프부
142: 프로펠러 150: 추진노즐
152: 개구부 154: 분사구
156: 챔버 158: 내주면
159: 외주면 160: 마운트

Claims (6)

1. 선체의 균형을 조절하는 워터 밸러스트 탱크에 저장된 유체가 유입되는 입수구(110);
   상기 입수구(110)를 통해 유입되는 유체에 포함된 이물질을 거르는 필터부(130);
   상기 입수구(110)를 통해 유입된 유체를 일측으로 가압하여 유동시키도록 복수개의 프로펠러 또는 터빈이 직렬로 배치되는 펌프부(140);
   내부에 상기 펌프부(140)를 통해 유입된 유체가 일시저장되면서 유동되는 챔버(156)가 형성되고, 상기 챔버(156) 내측의 유체가 챔버(156) 외측으로 분사되는 분사구(154)가 형성된 단면을 가지며, 중심부가 개구된 형태로 이루어지는 추진노즐(150);
   을 포함하는 링형 선박 추진장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 분사구(154)는 상기 추진노즐(150)이 내주면을 따라 유체를 분사하도록 상기 추진노즐(150)의 내주면 둘레로 형성되는 것을 특징으로 하는 링형 선박 추진장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 추진노즐(150)의 내주면은 상기 분사구(154)를 통해 분사된 유체가 그 표면을 따라 유동되는 코안다 표면을 형성하는 것을 특징으로 하는 링형 선박 추진장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 추진노즐(150)의 내주면의 단면 길이는 외주면의 단면 길이보다 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 링형 선박 추진장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 필터부(130)와 펌프부(140)는 선체 내부에 구비되는 것을 특징으로 하는 링형 선박 추진장치.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 추진노즐(150)은 추진방향의 변경이 가능하도록 회전되는 마운트를 더 포함하는 링형 선박추진장치.

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