KR101344687B1 - 수중 물 분사 연료저감용 펌프시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수중 물 분사 연료저감용 펌프시스템에 관한 것으로, 이중 반전 추진 효과를 유도하도록 선체의 선미에 적어도 하나 이상의 분사노즐을 설치하되, 상기 분사노즐은 추진기의 회전방향 반대쪽으로 추진기의 표면을 향해 물을 분사하도록 설치된 것을 특징으로 하는 수중 물 분사 연료저감용 펌프시스템을 제공한다.
본 발명에 따르면, 추진기를 향한 유체 가속을 이중 반전 추진(Contra Rotating Propeller) 효과를 간단한 구조로 유도하여 캐비테이션 발생 억제, 추진효율 향상, 진동 극소화를 달성하고, 선체 외판에 별도의 부착물이 없기 때문에 추가적인 선체저항 증가가 없으며, 부가물 파손에 따른 추진기 또는 축계 계통의 2차 손상도 근본적으로 예방하는 효과를 얻을 수 있다.

Description

수중 물 분사 연료저감용 펌프시스템{WATER SHOOTING TYPE PUMP SYSTEM FOR REDUCING FUEL UNDER THE SEA}

본 발명은 수중 물 분사 연료저감용 펌프시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선체 외판에 별도의 부가물을 부착하지 않고도 이중 반전 추진효과를 얻어 추진효율을 높이고 연료를 절감할 수 있도록 개선된 수중 물 분사 연료저감용 펌프시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 선박을 추진시키는 추진기(프로펠러 등)는 선체 후방에 설치되는데 이 구간에서는 선체의 영향으로 유속이 늦어지게 된다.

추진기가 기관으로부터 동력을 전달받아 회전하게 되면, 추진기는 전방의 유동을 흡입하여 선체 후방으로 유동을 가속시켜 방출하게 되며, 이때 후방으로 방출되는 유동에는 추진기의 회전영향을 받아 불가피하게 회전성분이 나타나게 된다.

그리고, 선박용 타 장치는 추진기의 후류 속에 설치되어 있기 때문에 추진기로 인해 교란된 영향을 받음과 동시에 추진기로 인해 교란된 유동을 연직면으로 나누어 섞이지 못하게 함으로써 유동을 정류하는 효과를 갖는다.

이와 같이, 선체와 추진기 그리고 타 장치는 상호 영향을 주는 밀접한 관계를 갖고 있다. 따라서, 선박의 추진성능을 개선하기 위하여서는 선체와 추진기 그리고 타 장치 각각이 최상의 조건으로 작동되도록 설계하는 것이 필요할 뿐만 아니라, 이들의 상호작용이 유리하게 나타나는 조건을 찾는 것이 필요하다.

예컨대, 추진기에 발생하는 공동현상인 캐비테이션은 추진기의 날개 손상, 과대 진동발생, 추진효율 저하 등 선박의 성능에 악영향을 주기 때문에 당해 분야에서 해결해야 할 큰 과제 중 하나이다.

이와 관련하여, 국내 공개특허 제2010-0128512호, 국내 공개특허 제2011-0000079호 등이 개시되어 있다.

하지만, 개시된 기술은 혼과 타 사이의 틈새를 막아 캐비테이션 현상을 최소화시키기 위한 구성이어서 국부적인 문제 해결일 뿐 선체의 전체적인 추진효율 향상에 따른 운항 속도 전 영역에서의 최적화된 연료 절감을 근원적으로 해결할 수는 없는 개념이다.

통상적으로, 캐비테이션은 유체의 흐름이 선체의 영향으로 느려짐에 의해 생긴 것이기 때문에 추진기로 들어오는 유체의 흐름을 가속시켜 주면 간단히 해결할 수 있는 문제이다.

때문에, 종래에는 도 1의 예시와 같이, 선체(10)의 추진기(20) 전방에 유체의 흐름을 빠르게 가속시킬 수 있는 부재를 설치하고 있다.

이러한 부재로는 와류생성기(Vortex Generator)(30), 전류고정날개(Pre-Swirl Stator)(40) 등을 들 수 있고, 추진기(20) 후방의 경우에는 타(Rudder)(50)에 설치되는 추력날개(60)를 들 수 있다.

그런데, 이와 같은 부재들은 모두 선체 외판에 부가적으로 돌출되는 구조이기 때문에 선체 저항을 증가시키므로 결과적으로 연료 소모를 증대시키고 추진효율을 떨어뜨리는 단점이 있다.

뿐만 아니라, 추진기(20) 전방에 설치된 부재들의 경우에는 장기간 선박 운항시 피로 파괴 현상에 의해 파손 또는 탈락 될 경우 추진기(20)와 축계 계통의 2차적 손상을 야기시킬 우려가 매우 높아 선주들은 이러한 외부 부착형 부재들의 설치를 꺼리고 있는 것이 현실이다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 별도의 부재를 선체 외판에 부가하지 않고도 수중에서 추진기의 회전 반대방향으로 물을 분사하여 이중 반전 추진효과를 얻도록 함으로써 캐비테이션 발생을 억제하고, 추진효율은 상승시키며, 진동은 극소화시키도록 한 수중 물 분사 연료저감용 펌프시스템을 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 이중 반전 추진 효과를 유도하도록 선체의 선미에 적어도 하나 이상의 분사노즐을 설치하되, 상기 분사노즐은 추진기의 회전방향 반대쪽으로 추진기의 표면을 향해 물을 분사하도록 설치된 것을 특징으로 하는 수중 물 분사 연료저감용 펌프시스템을 제공한다.

이때, 상기 분사노즐은 선미의 좌현 및 우현에 대칭되게 설치된 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 분사노즐은 선미의 좌현 또는 우현에 비대칭적으로 설치된 것에도 그 특징이 있다.

뿐만 아니라, 상기 분사노즐에는 물을 공급하는 펌프 수단이 연결되되, 상기 펌프 수단은 수중 해수를 직접 끌어 올려 공급하는 전용펌프, 선체에 마련된 평형수를 공급하는 평형수펌프 중 어느 하나이거나 혹은 전용펌프와 평형수펌프가 병행설치된 것에도 그 특징이 있다.

아울러, 상기 펌프 수단이 전용펌프일 때, 수중 해수를 직접 끌어 올리기 위한 유체유입구는 평형수유입구를 활용하는 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 추진기를 향한 유체 가속을 이중 반전 추진(Contra Rotating Propeller) 효과를 간단한 구조로 유도하여 캐비테이션 발생 억제, 추진효율 상승, 진동 극소화를 달성하고, 선체 외판에 별도의 부착물이 없기 때문에 선체저항증가 및 부착물 파손에 따른 추진기 또는 축계 계통의 2차 손상도 예방하는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따라 선체에 설치된 추진효율 및 연료절감 부가물의 설치예를 보인 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 수중 물 분사 연료저감용 펌프시스템의 구현예를 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 수중 물 분사 연료저감용 펌프시스템의 구현예를 선미에서 본 개략도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 수중 물 분사 연료저감용 펌프시스템의 펌핑과 관련된 개략적인 계통도이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수중 물 분사 연료저감용 펌프시스템은 CRWPS(Contra Rotating Water Pump System)을 구현한 것이다.

즉, 선체(100)의 선미에 추진기(110)의 회전방향 반대쪽으로 물을 분사할 수 있는 분사노즐(120)을 적어도 하나 이상 설치함으로써 상기 CRWPS를 구현하도록 한 것이다.

이때, 상기 분사노즐(120)은 선미의 좌현 및 우현에 각각 2개씩 총 4개를 대칭되게 설치하는 것이 가장 안정적이고 바람직하다.

그러나, 반드시 이와 같은 구조와 개수로 한정될 필요는 없으며, 선박의 크기와 종류에 따라 비대칭적으로 설치될 수도 있고, 분사노즐(120)의 개수도 조절될 수 있다.

때문에, 상기 분사노즐(120)은 최소 1개 이상, 가급적이면 10개 이하로 설치됨이 바람직하다. 그렇다고 해서 10개 이상으로 설치되지 못하도록 제한하는 것은 아니며 필요한 경우 10개 이상도 설치할 수 있음은 물론이다.

아울러, 도 2 및 도 3에 도시된 미설명 부호 '130'은 타(Rudder)를 의미한다.

여기에서, CRWPS는 본 발명자에 의해 정의된 개념으로, 이는 CRP(Contra Rotating Propeller)로부터 착상된 것인 바, 통상적으로 알려진 이중 반전 추진의 개념은 하나의 축에 두 개의 프로펠러를 전,후로 설치한 후 서로 반대방향으로 회전시키면서 추력을 얻는 시스템으로서 와류를 차단할 수 있어 캐비테이션 현상을 원천적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.

하지만, 이 개념을 모든 선박에 그대로 적용하는 것은 한계가 있으므로 본 발명자는 톡특한 착상을 통해 CRWPS 즉, 물 분사를 응용하여 이중 반전 추진 효과를 얻을 수 있도록 구현한 것이다.

따라서, 분사노즐(120)로부터 분사되는 유체의 분사방향은 추진기(110)의 회전방향에 반대되는 방향으로 분사되어 추진기(110) 표면을 향해 진행하게 되며, 이를 통해 추진기(110) 전방의 유체 흐름을 강제적으로 추진기(110) 회전방향 반대쪽으로 유도할 수 있게 된다.

즉, 추진기(110)의 회전방향 쪽에서 생성되려고 하는 와류가 그 반대쪽으로 유입되는 유체의 흐름, 다시 말해 분사노즐(120)을 이용하여 직접 분사시켜 적극적으로 유체의 흐름을 가속시키는 것에 의해 상쇄되면서 없어지게 되므로 마치 이중 반전 추진의 개념을 구현할 수 있게 되는 것이다.

더구나, 기존 이중 반전 추진처럼 복잡하고 어려울 뿐만 아니라, 고비용을 소비할 필요도 없어 매우 효율적이고 효과적인 시스템이 될 수 있다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 분사노즐(120)로 물을 공급하는 펌프수단은 선체(100) 내부에 별도로 설치된 전용펌프(200)를 사용하거나 혹은 선박에 이미 갖추어져 있는 평형수(Ballast Water)를 활용할 수 있도록 평형수펌프(300)를 사용하거나 혹은 이 두가지 펌프를 병행할 수 있다.

예컨대, 전용펌프(200)를 사용할 경우에는 선박에 기 설치된 평형수 유입구 또는 별도의 임의위치 유체유입구(210)를 마련하고, 긴밀히 씰링한 상태에서 배관을 통해 전용펌프(200)와 연결시키며, 분사노즐(120)과 연결된 공급관로(230) 상에는 유체조절밸브(220)를 설치하여 선체외부로 부터 흡입된 물, 즉 유체의 공급 속도를 선박의 속도에 연동하여 제어할 수 있도록 구성할 수 있다.

이때, 상기 유체유입구(210)는 기존 평형수 유입구를 활용할 수 있다.

다른 예로, 평형수펌프(300)를 사용할 경우에는 평형수공급관(310) 상에 평형수조절밸브(320)를 설치하고, 이 평형수공급관(310)을 공급관로(230)에 연결하는 형태로 구성할 수 있다.

또 다른 예로, 양자를 병행하는 경우에는 도 4와 같은 구조, 즉 앞서 설명한 두 구조를 그대로 병용하여 선택적으로 사용하도록 하는 형태가 될 수 있다.

이러한 구현예로, 가장 기본적인 대칭구조를 갖는 도 5와 같이 구현할 수 있는데, 이것은 기본적인 예에 불과하며, 앞서 설명한 바와 같이 비대칭구조, 분사노즐의 개수 변경 등 본 발명의 기술적 사상 내에서 자유롭게 변형될 수 있음은 물론이다.

이와 같이, 본 발명에 따른 수중 물 분사 연료저감용 펌프시스템은 이중 반전 추진 효과를 유도할 수 있도록 유체, 즉 물을 분사하는 간단한 구조만으로도 캐비테이션을 방지하고, 추진효율을 향상시키며, 선박의 전 운항속도 영역에서 최적화된 연료 절감을 달성할 수 있게 된다.

뿐만 아니라, 별도의 부가물을 선체 외판에 부착하지 않아도 되므로 추가적인 선체저항의 증가가 없으며, 부가물 파손에 따른 추진기(110) 및 축계 계통의 2차 손상도 미연에 방지하는 효과도 얻을 수 있게 된다.

100 : 선체 110 : 추진기
120 : 분사노즐 200 : 전용펌프
220 : 유체조절밸브 230 : 공급관로
300 : 평형수펌프 310 : 평형수공급관
320 : 평형수조절밸브

Claims (7)

1. 이중 반전 추진 효과를 유도하도록 선체(100)의 선미에 적어도 하나 이상의 분사노즐(120)을 설치하되,
   상기 분사노즐(120)은 추진기(110)의 회전 반대쪽으로 추진기(110) 표면을 향해 물을 분사하도록 설치되고;
   상기 분사노즐(120)에는 물을 공급하는 펌프 수단이 연결되되, 상기 펌프 수단은 수중 해수를 직접 끌어 올려 공급하는 전용펌프(200), 선체(100)에 기 설치된 평형수를 공급하는 평형수펌프(300)를 이용하거나, 혹은 전용펌프(200)와 평형수펌프(300)를 혼합, 병렬연결하여 복합적으로 구성하며;
   상기 펌프 수단의 물분사 속도는 선체(100)의 추진 속도와 동기화되게 제어되는 것을 특징으로 하는 수중 물 분사 연료저감용 펌프시스템.
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