KR101402537B1 - 가변형 날개부를 갖는 선박용 추진 장치 - Google Patents

가변형 날개부를 갖는 선박용 추진 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가변형 날개부를 갖는 선박용 추진 장치에 관한 것으로서, 선미에 결합되어 추진력을 발생시키는 프로펠러; 상기 프로펠러의 전방에 설치되는 메인 덕트; 상기 메인 덕트의 후방에 설치되며 복수 개로 구성되어 원호 형태를 이루는 날개부; 및 상기 날개부를 움직여서 상기 날개부에 의해 형성되는 원호의 곡률 직경을 가변시키는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가변형 날개부를 갖는 선박용 추진 장치는, 메인 덕트의 후방에 복수 개의 날개부를 구비하고, 날개부들은 전후방으로 움직임에 따라 서로 일부분이 겹치도록 하여, 날개부들에 의해 형성되는 직경이 가변되도록 함으로써, 에너지 절감 효과를 극대화할 수 있다.

Description

가변형 날개부를 갖는 선박용 추진 장치{A propulsion apparatus with variable wings for ship}
본 발명은 가변형 날개부를 갖는 선박용 추진 장치에 관한 것이다.
일반적으로 대형 선박의 경우, 선체의 후미에 부착되어 있는 프로펠러가 회전할 때 발생하는 유체의 흐름을 이용하여 전진하는 방식을 사용한다. 이때 프로펠러의 후방에는 러더가 부착되며, 러더가 좌우로 회전함에 따라 유체의 흐름 방향을 조절함으로써 항해 방향을 변경한다.
이와 같이 프로펠러의 회전을 통해 일정 속도를 내기 위해서는 디젤 등의 오일을 사용하여 엔진을 구동하여야 하는데, 이 경우 많은 양의 오일이 소모되고 온실가스가 배출됨에 따라, 환경 파괴 등의 문제를 야기하게 된다.
따라서 최근에는 선박의 추진 시 소비되는 에너지를 절감하여 연료 사용량을 감축할 수 있는 다양한 노력들이 이루어지고 있다. 특히 IMO는 2010년에 선박 운항 시 온실가스 감축 방안에 대해 논의한 바 있으며, 연비규제에 대한 기준 및 방향을 확정하는 것과 관련한 논의를 진행 중에 있다.
이러한 움직임에 해운선사들도 합류함에 따라, 해운선사들은 유류비에 대한 부담을 덜 수 있는 연료절감형 선박에 관심을 가지기 시작하였다. 이와 같은 해운 선사들의 니즈에 의해, 조선사들은 연료 소비량을 줄이고 온실가스 배출을 줄일 수 있는 연료절감형 기술에 대해서 지속적인 연구 및 개발을 해오고 있다.
연료절감형 기술의 일례로, 선박의 후미, 프로펠러, 러더 등의 형상을 개량하거나 별도의 부가물을 부착함으로써 추진 효율을 높이는 동시에 연료를 절감하는 에너지 절감 부가 장치(ESD: Energy Saving Device)가 큰 관심을 받고 있으며, 이러한 에너지 절감 부가 장치는 상당수의 선박에 이미 적용되어 사용 중이다.
에너지 절감 부가 장치 중에서, 선체에 원형 덕트를 결합하여 프로펠러에 유입되는 유체의 흐름을 제어하는 장치가 다양한 선박에 널리 적용되고 있다. 그러나 종래 사용되고 있는 덕트 장치는, 고정된 직경을 가짐에 따라 선박이 놓인 환경에 따라 적절히 대처하여 에너지를 최대로 절감할 수는 없다는 문제점이 있다.
이러한 종래기술로는 일본 공개특허공보 특개평09-175488호(1997.07.08) 등이 공개되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 복수 개의 날개부가 전후로 움직이면서 날개부에 의해 형성되는 직경이 가변되도록 하여, 유체의 흐름에 따라 직경을 최적화시켜 에너지 효율을 높일 수 있는 가변형 날개부를 갖는 선박용 추진 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가변형 날개부를 갖는 선박용 추진 장치는, 선미에 결합되어 추진력을 발생시키는 프로펠러; 상기 프로펠러의 전방에 설치되는 메인 덕트; 상기 메인 덕트의 후방에 설치되며 복수 개로 구성되어 원호 형태를 이루는 날개부; 및 상기 날개부를 움직여서 상기 날개부에 의해 형성되는 원호의 곡률 직경을 가변시키는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가변형 날개부를 갖는 선박용 추진 장치는, 메인 덕트의 후방에 복수 개의 날개부를 구비하고, 날개부들은 전후방으로 움직임에 따라 서로 일부분이 겹치도록 하여, 날개부들에 의해 형성되는 직경이 가변되도록 함으로써, 에너지 절감 효과를 극대화할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변형 날개부를 갖는 선박용 추진 장치의 측면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변형 날개부를 갖는 선박용 추진 장치의 배면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변형 날개부를 갖는 선박용 추진 장치의 배면도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변형 날개부를 갖는 선박용 추진 장치의 측면도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변형 날개부를 갖는 선박용 추진 장치의 배면도이다. 다만 도 3 및 도 4에서는 편의상 날개부(30a)를 일부 생략하여 도시하였다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변형 날개부를 갖는 선박용 추진 장치(1)는, 프로펠러(10), 메인 덕트(20), 날개부(30a), 구동부(도시하지 않음)를 포함한다.
프로펠러(10)는, 선미(2)에 결합되어 추진력을 발생시킨다. 본 실시예가 포함하고 있는 프로펠러(10)는 일반적으로 널리 사용되는 프로펠러와 동일하므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다.
메인 덕트(20)는, 프로펠러(10)의 전방에 설치되어 유체의 흐름을 변화시킨다. 이때 메인 덕트(20)는 원형이거나 또는 반원 등의 원호 형태일 수 있으며, 메인 덕트(20)의 직경은 프로펠러(10)의 직경보다 상대적으로 작을 수 있다.
메인 덕트(20)는 전방에서 후방으로 갈수록 직경이 감소하는 형태일 수 있고, 직경은 연속적으로 감소될 수 있다. 또한 메인 덕트(20)의 단면은 수선면 대비 경사진 평판 형태 또는 에어포일 형태일 수 있다. 도면에서는 메인 덕트(20)의 단면이 경사진 평판 형태인 것을 도시하였으나, 본 실시예는 메인 덕트(20)의 단면을 이로 한정하지 않으며, 메인 덕트(20)의 단면은 에어포일 형태 또는 이외의 다양한 형태를 가질 수 있다.
메인 덕트(20)는 일단이 선미(2)에 직접 부착되어 선체에 고정될 수 있고, 또는 덕트의 내측에 고정날개(도시하지 않음) 등을 설치함으로써 메인 덕트(20)가 선미(2)에 결합되도록 할 수 있다.
날개부(30a)는, 메인 덕트(20)의 후방에 설치되며 복수 개로 구성되어 원호 형태를 이룬다. 날개부(30a)는 전단에서 후단으로 갈수록 폭이 상대적으로 좁아지는 형태를 가질 수 있으며, 이로 인해 날개부(30a)에 의해 형성되는 원호의 곡률 직경은 전단에서 후단으로 갈수록 감소할 수 있다.
날개부(30a)는, 전단 또는 후단이 테이퍼진 형상을 가질 수 있다. 이는 메인 덕트(20)의 내외를 따라 흐르는 유체의 흐름에 저항을 발생시키지 않도록 하기 위함이다. 도면을 기준으로 설명하면, 날개부(30a)의 전단은 전방으로 갈수록 메인 덕트(20)의 내면 방향으로 경사질 수 있고, 날개부(30a)의 후단은 후방으로 갈수록 메인 덕트(20)의 중심축(21) 방향으로 경사질 수 있다. 따라서 메인 덕트(20)의 내측으로 유입되는 유체는 날개부(30a) 전단의 경사면을 따라 흐르게 되므로, 본 실시예는 불필요한 저항의 발생을 줄일 수 있다.
다만 도면에서는 날개부(30a)가 메인 덕트(20)의 내측에 구비되는 경우에 대해서만 도시되어 있으나, 본 발명에서 날개부(30a)는 메인 덕트(20)의 외면에 설치될 수도 있다. 이 경우에는 날개부(30a)의 전후단 경사각이 앞서 설명한 경우와 비교할 때 반대가 될 수 있다.
날개부(30a)는, 후방으로 갈수록 메인 덕트(20)의 중심축(21) 방향으로 경사지게 구비되고, 서로 일부분이 겹치게 배치될 수 있다. 이는 후술할 구동부에 의해서 날개부(30a)가 전후방으로 움직일 때, 날개부(30a)의 겹치는 면적이 가변됨에 따라 날개부(30a)에 의해 형성되는 원호의 곡률 직경이 변경되도록 하기 위함이다.
날개부(30a)는, 양측단이 테이퍼진 형상을 가질 수 있다. 날개부(30a)가 서로 겹치게 배치되도록 하되 날개부(30a)의 전후방 움직임이 부드럽게 이루어질 수 있도록, 본 실시예는 날개부(30a)의 양측단을 경사지게 할 수 있다.
이때 본 실시예에서 날개부(30a)는, 도 3에 도시된 바와 같이 양측단이 동일한 각도로 테이퍼질 수 있다. 즉 좌측단과 우측단의 경사각은 동일하며, 따라서 어느 하나의 날개부(30a)의 우측단은, 인접한 다른 날개부(30a)의 좌측단과 맞물리게 된다.
이 경우 복수 개의 날개부(30a)가 후방으로 움직이게 되면, 도 4에 도시된 바와 같이 어느 하나의 날개부(30a)의 우측단은 인접한 다른 날개부(30a)의 좌측단을 따라 미끄러져 이동하게 된다. 즉 날개부(30a)가 서로 겹치는 면적이 증가하게 되며, 이로 인하여 복수 개의 날개부(30a)에 의해 형성되는 원호의 곡률 직경 또는 날개부(30a)에 의해 형성되는 원의 직경은 감소하게 된다.
도면을 참조하여 설명하면, 도 4에서 외측에 표시된 원은 도 3의 상태에서 날개부(30a)에 의해 형성되는 원이며, 도 4에서 내측에 표시된 원은 후방으로 움직인 날개부(30a)에 의해 형성된 원을 의미한다. 즉 도 4에서 확인할 수 있듯 날개부(30a)의 이동으로 인해서 날개부(30a)가 형성하는 원의 크기는 감소한다.
이와 같이 날개부(30a)가 전후방으로 움직임에 따라 날개부(30a)에 의해 형성되는 원호의 곡률 직경이 가변되는 것은, 날개부(30a)가 전단에서 후단으로 갈수록 폭이 좁아지는 형태를 가지기 때문이다. 이를 통해 본 실시예는 날개부(30a)에 의해 형성되는 원호의 곡률 직경을 가변시킬 수 있다. 따라서 본 실시예는 유체의 흐름에 최적화된 덕트 직경을 설정할 수 있으므로, 에너지 절감 효율을 대폭 향상시킬 수 있다.
구동부(도시하지 않음)는, 날개부(30a)를 움직여서 날개부(30a)에 의해 형성되는 원호의 곡률 직경을 가변시킨다. 구동부는 날개부(30a)를 전후방으로 이동시켜서 복수 개의 날개부(30a)에 의해 만들어지는 원호의 곡률 직경을 증가 또는 감소시킬 수 있으며, 이때 구동부는 메인 덕트(20)의 내면에 설치되는 랙(도시하지 않음)과 날개부(30a)의 일면에 구비되는 랙기어(도시하지 않음)를 이용해서 날개부(30a)를 이동시키거나, 또는 유압잭 구조나 레일 구조를 사용하여 날개부(30a)를 움직일 수 있다.
다만 구동부가 날개부(30a)를 움직이는 구체적인 구조에 대해서는, 직선 방향으로 부재를 움직이는데 사용되는 일반적인 구조를 채용할 수 있으므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변형 날개부를 갖는 선박용 추진 장치의 배면도이다. 다만 도 5 및 도 6에서는 편의상 날개부(30b)를 일부 생략하여 표시하였다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변형 날개부를 갖는 선박용 추진 장치(1)는, 프로펠러(10), 메인 덕트(20), 날개부(30b), 구동부(도시하지 않음)를 포함한다. 다만 제2 실시예에서의 프로펠러(10)와 메인 덕트(20) 및 구동부는, 제1 실시예에서 설명한 각 구성과 실질적으로 동일하므로, 상기 구성들에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.
날개부(30b)는, 양측단이 테이퍼진 형상을 가질 수 있고, 상단에서 하단으로 갈수록 폭이 좁아지도록 테이퍼진 측단을 갖는 복수 개의 제1 날개부(31)와, 복수 개의 제1 날개부(31) 사이에 배치되며 상단에서 하단으로 갈수록 폭이 넓어지도록 테이퍼진 측단을 갖는 제2 날개부(32)를 포함할 수 있다.
즉 제1 날개부(31)와 제2 날개부(32)는, 휘어지지 않았다고 가정할 경우 사다리꼴 형태를 가질 수 있으며, 다만 제1 날개부(31)와 제2 날개부(32)는 서로 상하 반전된 형태를 가질 수 있다.
이때 제1 날개부(31)의 측단과 제2 날개부(32)의 측단은, 테이퍼진 각도는 동일하되 상하 반전된 형태를 가짐에 따라 서로 면접촉할 수 있다. 즉 제1 날개부(31)의 우측단과 제2 날개부(32)의 좌측단은 서로 맞물리게 되어, 구동부에 의해 날개부(30b)가 전후방으로 움직이면, 제1 날개부(31)의 우측단은 제2 날개부(32)의 좌측단에서 미끄러질 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 날개부(30b)가 후방으로 움직이게 되면, 어느 하나의 제2 날개부(32)는, 좌측에 배치된 제1 날개부(31)의 우측단과 우측에 배치된 제1 날개부(31)의 좌측단을 따라 미끄러져 움직일 수 있으며, 이때 좌측의 제1 날개부(31)와 우측의 제1 날개부(31)는 가까워질 수 있다.
반대로 어느 하나의 제1 날개부(31)는, 좌측에 배치된 제2 날개부(32)의 우측단과 우측에 배치된 제2 날개부(32)의 좌측단에서 미끄러질 수 있으며, 이 경우에도 좌우측의 제2 날개부(32)는 서로 가까워질 수 있다. 물론 제1 날개부(31)와 제2 날개부(32)의 미끄러지는 방향은 서로 반대가 될 수 있다.
이를 통해 본 실시예는 제1 날개부(31)와 제2 날개부(32)가 서로 겹치는 면적이 증가하도록 하여, 날개부(30b)에 의해서 형성되는 원호의 곡률 직경이 작아지도록 할 수 있으며, 날개부(30b)가 원형으로 배치될 경우에는 날개부(30b)에 의하여 이루어지는 원의 직경이 상대적으로 감소되도록 할 수 있다.
도면을 참고하여 설명하면, 도 6에서 외측에 표시된 원은 도 5의 상태에서 날개부(30b)에 의해 형성되는 원이며, 도 6에서 내측에 표시된 원은 후방으로 움직인 날개부(30b)에 의해 형성된 원을 의미한다. 도면에 도시된 바와 같이 날개부(30b)가 이동됨에 따라, 날개부(30b)에 의하여 이루어지는 원의 직경이 감소하였음을 명확히 확인할 수 있다.
이와 같이 본 발명은, 메인 덕트(20)의 후방에 복수 개의 날개부(30a,30b)를 구비하고, 날개부(30a,30b)가 구동부에 의해 움직이면 날개부(30a,30b)의 겹치는 면적이 가변되도록 하여 날개부(30a,30b)에 의해 형성되는 원호의 곡률 직경이 증가 또는 감소되도록 할 수 있다. 이를 통해 본 발명은 날개부(30a,30b)에 의해 형성되는 원호의 곡률 직경 또는 원의 직경을 자유롭게 조절할 수 있으므로, 선미(2)의 주변 환경에 따라 직경을 최적화하여 유체의 흐름을 유도함으로써, 에너지 소비를 최소화하여 연비를 대폭 절감할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1: 가변형 날개부를 갖는 선박용 추진 장치 2: 선미
10: 프로펠러 20: 메인 덕트
21: 메인 덕트의 중심축 30a,30b: 날개부
31: 제1 날개부 32: 제2 날개부

Claims (8)

  1. 선미에 결합되어 추진력을 발생시키는 프로펠러;
    상기 프로펠러의 전방에 설치되는 메인 덕트;
    상기 메인 덕트의 후방에 설치되며 복수 개로 구성되어 원호 형태를 이루는 날개부; 및
    상기 날개부를 움직여서 상기 날개부에 의해 형성되는 원호의 곡률 직경을 가변시키는 구동부를 포함하고,
    상기 날개부는 후방으로 갈수록 상기 메인 덕트의 중심축 방향으로 경사지게 구비되고, 서로 일부분이 겹치게 배치되며,
    상기 구동부는, 상기 날개부가 겹치는 면적을 가변시켜 상기 날개부에 의해 형성되는 원호의 곡률 직경을 가변시키는 것을 특징으로 하는 가변형 날개부를 갖는 선박용 추진 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 날개부는,
    전단에서 후단으로 갈수록 폭이 상대적으로 좁아지는 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 가변형 날개부를 갖는 선박용 추진 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 날개부는,
    전단 또는 후단이 테이퍼진 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 가변형 날개부를 갖는 선박용 추진 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 날개부는,
    양측단이 테이퍼진 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 가변형 날개부를 갖는 선박용 추진 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 날개부는,
    양측단이 동일한 각도로 테이퍼진 것을 특징으로 하는 가변형 날개부를 갖는 선박용 추진 장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 날개부는,
    상단에서 하단으로 갈수록 폭이 좁아지도록 테이퍼진 측단을 갖는 복수 개의 제1 날개부; 및
    상기 복수 개의 제1 날개부 사이에 배치되며 상단에서 하단으로 갈수록 폭이 넓어지도록 테이퍼진 측단을 갖는 제2 날개부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 날개부를 갖는 선박용 추진 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 날개부의 측단과 상기 제2 날개부의 측단은, 테이퍼진 각도는 동일하되 상하 반전된 형태를 가짐에 따라 서로 면접촉하는 것을 특징으로 하는 가변형 날개부를 갖는 선박용 추진 장치.
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