KR101425763B1 - 매그너스 로터를 구비한 선박 - Google Patents

Abstract

선박, 특히 화물선이 제공되어 있다. 이것은 복수의 매그너스 로터(10)를 갖는데, 매그너스 로터를 회전시키는 개별적으로 구동되는 전기 모터(M)는 복수의 매그너스 로터 각각에 연관되고, 전기 모터(M)의 회전 속력 및/또는 회전 방향을 제어하는 컨버터(U)는 각 전기 모터(M)와 연관된다.

Description

매그너스 로터를 구비한 선박{SHIP COMPRISING MAGNUS ROTORS}

본 발명은 선박, 특히 매그너스 로터(Magnus rotor)를 포함하는 화물선에 관한 것이다. 이러한 종류의 선박은 이미 Claus Dieter Wagner, Ernst Kabel Verlag GmbH, 함부르크, 1991, 156쪽의 'Die Segelmaschine'로부터 알려져 있다. 여기에는 매그너스 로터가 화물선용 구동부 또는 보조 구동부로서 사용될 수 있는지를 조사하는 것이 포함되어 있다.

US No 4 602 584도 선박을 구동하는 복수의 매그너스 로터를 사용하는 선박을 개시한다. DE 42 20 57도 매그너스 로터를 가진 선박을 개시한다. 다음의 최신 기술에 관심이 더 쏠려있다: US No 4 398 895, DE 101 02 740 A1, US No 6 848 382 B1, DE 24 30 630, 및 DE 41 01 238 A.

매그너스 효과는 횡력(transverse force), 즉 자체 축 둘레로 회전하며 그 축에 대하여 수직관계에 있는 유입 유동(afflux flow)을 갖는 실린더에 대하여, 축과 유입 유동 방향에 대하여 수직한 힘의 발생을 설명한다. 회전하는 실린더 주변의 유동은 본체 주변의 균질 유동과 선회(whirl) 유동의 중첩으로 생각할 수 있다. 전체 유동의 고르지 못한 분포는 실린더 둘레에 비대칭적인 압력 분포를 제공한다. 그래서, 선박에는 바람의 유동시에 유효 풍향, 즉 최대 속력으로 수정되는 풍향에 수직한 힘을 발생시키는 회전하는 또는 돌아가는 실린더가 구비되며, 이 힘은 마찬가지로 항해와 관련한 상황에서 선박을 전방으로 구동하는데 사용될 수 있다. 수직으로 배치된 실린더는 자체 축 둘레로 회전하고, 이때 측면으로부터 이곳으로 흐르는 공기는 바람직하게는 표면 마찰로 인해 실린더 둘레의 회전 방향으로 흐른다. 따라서 전면에서 유동 속력이 더 크고, 정압(static pressure)은 더 낮아서 선박이 전방으로 힘을 받도록 한다.

본 발명의 목적은 저 레벨의 연료 소비를 포함하는 선박을 제공하는 것이다.

이러한 목적은 청구항 1에 개시된 선박에 의해 달성된다.

따라서, 복수의 매그너스 로터를 가진 선박, 특히 화물선이 제공된다. 매그너스 로터를 회전시키는 개별적으로 구동가능한 전기 모터는 각 매그너스 로터에 연결되어 있다. 이어서, 각 전기 모터에는 전기 모터의 회전 속력 및 회전 방향 중 하나 이상을 제어하는 컨버터가 연결되어 있다.

따라서, 구동을 위해 매그너스 효과를 이용할 수 있는 선박이 제공된다. 매그너스 로터로부터 발생되는 전방 구동은 여러 매그너스 로터의 개별 구동에 의해 최적화된다.

도 1은 제1 실시예에 따른 선박의 사시도를 도시한다.
도 2는 도 1의 선박의 측면도와 부분 단면도를 도시한다.
도 3은 도 1의 선박의 또 다른 사시도를 도시한다.
도 4는 도 1의 선박의 다양한 화물 갑판의 개략도를 도시한다.
도 5a는 도 1의 선박의 단면도를 도시한다.
도 5b는 도 1의 선박의 또 다른 단면도를 도시한다.
도 5c는 도 1의 선박의 갑판실(40)의 단면도를 도시한다.
도 6은 도 1의 제1 실시예에 따른 선박의 제어 시스템의 블록 회로도를 도시한다.
도 7은 전기 에너지 발전 시스템의 개략도를 도시한다.
도 8은 선박의 선미에서의 복수의 조향타의 배치를 도시한다.
도 9a는 중앙 조향타의 개략도를 측면도로 도시한다.
도 9b는 후방에서 바라본 중앙 조향타의 개략도를 도시한다.
도 10a는 후방에서 바라본 프로펠러 블레이드의 개략도를 도시한다.
도 10b는 프로펠러 블레이드의 개략도를 측면도로서 도시한다.
도 10c는 프로펠러 블레이드의 개략도를 평면도로서 도시한다.
도 10d는 프로펠러 블레이드의 또 다른 실시예의 개략적인 측면도를 도시한다.
도 10e는 또 다른 프로펠러 블레이드의 개략적인 평면도를 도시한다.

실시예들과 본 발명의 장점들은 첨부된 도면을 참조하여 이하에 더 상세히 설명한다.

도 1은 제1 실시예에 따른 선박의 개략도를 도시한다. 이 경우 선박은 수중 영역(16)과 수상 영역(15)을 포함하는 선체를 갖는다. 선박은 선체의 네 모퉁이에 배치된 네 개의 플레트너 로터 또는 매그너스 로터(10)를 갖는다. 선박은, 선수루(forecastle)에 배치되고 선교(bridge)(30)가 있는 갑판실(40)을 갖는다. 선박은 물 밑으로 프로펠러(50)를 갖는다. 기동성의 향상을 위해 선박은 횡추력 조향타(transverse thruster rudder)도 가질 수 있는데, 바람직하게는 한 개는 선미에 구비되고, 한 개 내지 두 개는 선수에 구비된다. 바람직하게는 이러한 횡추력 조향타들은 전기적으로 구동된다. 숙소, 주방, 비품 창고(supply room), 식당 등은 갑판실(40) 안에 배치된다. 이 경우 갑판실(40), 선교(30), 및 노천 갑판(weather deck)(14) 위의 모든 상부 구조물은 바람의 저항을 줄이기 위해 공기역학적 형상으로 되어 있다. 이것은 특히 날카로운 모서리를 가진 구조물을 피함으로써 달성된다. 공기의 저항을 최소화하기 위해 가능한 적은 수의 상부 구조물이 제공된다.

제1 실시예에 따른 선박은 특히, 풍력 발전 설비와 그 부품들의 수송을 위해 특별히 설계된 화물선이다. 풍력 발전 설비와 그에 대응하는 부품들의 수송은, 풍력 발전 설비의 부품들이 상업적으로 일반적인 컨테이너 치수에 대응되지 않는 대응 공간을 필요로 하는 반면에 개별 부품들의 질량은 이들이 필요로 하는 공간의 체적과 비교하여 작기 때문에, 상업적으로 이용가능한 컨테이너선으로는 제한적으로만 수행될 수 있다. 여기에서, 주로 중량이 몇 톤뿐이고 부피가 큰 유리섬유 강화 구조물의 형태로 된 풍력 발전 설비의 로터 블레이드 또는 포드 케이싱(pod casing)의 예를 들 수 있다.

이 경우, 네 개의 매그너스 로터(10)는 바람으로 작동되는 본 발명에 따른 선박용 구동부를 나타낸다. 선박은 기본적으로 매그너스 로터에 의해 구동되며, 프로펠러나 주 추진 구동부는 바람의 조건이 불충분할 때 보충의 목적으로만 사용되는 것이 제공된다.

선박 선체의 형상은, 선미가 가능한 한 물 밖으로 많이 돌출하도록 설계된다. 이것은 수면 기준(water level) 위의 선미의 높이뿐만 아니라, 수면 위로 나온 선미 부분의 길이도 의미한다. 이러한 설계 형상은 선체로부터 물의 조기 부서짐(breakaway)을 제공하는 역할을 하여 선박을 뒤따라오는 물결을 막는데, 이 물결은 선체와 관련하여 큰 저항을 일으키며, 선박에 의해 발생되는 물결이 동력 출력부에서도 발생되어 선박을 전진시키는데 더 이상 이용할 수 없게 하기 때문이다.

선박의 선수는 비교적 긴 거리에 걸쳐 예리하게 절단된 것과 같이 형성된다. 선박의 수중 영역은, 건조 수선(construction waterline)(13) 위로 높이 약 3m까지 유체 동역학적 측면과 관련한 저항에 대하여 최적화되도록 설계된다.

그래서, 선박의 선체는 최대 하중 지지 능력이 아닌 최소 저항(공기역학 및 유체 동역학적으로)에 대하여 설계된다.

선박의 상부 구조물은 양호한 유동 역학성을 제공하도록 설계된다. 이는 특히, 모든 표면이 매끄러운 표면의 형태로 됨으로써 달성된다. 선교(30)와 갑판실(40)의 설계 형상은 특히 그 뒤에서의 난류(turbulence)를 막아 매그너스 로터의 구동이 가능한 한 방해를 덜 받을 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다. 갑판실(40)을 가진 선교(30)는 바람직하게는 선박의 선수에 배치된다. 상부 구조물은 선박의 중간에 배치될 수도 있지만, 이는 상부 구조물이 정확히 화물창의 중앙 위에 배치되기 때문에 화물의 적하 및 양하역을 불필요하게 방해하게 된다.

이에 대한 대안으로서, 갑판실(40)과 선교(30)는 선박의 선미에 배치될 수 있지만, 이는 매그너스 로터가 전방 시야를 가리게 되면 불리함을 알게 될 것이다.

선박의 구동 또는 전방 구동은, 본 발명의 선박이 항해 선박이 되도록 바람의 구동에 대해 최적화된다.

매그너스 로터들은 바람직하게는 직사각형 구역을 형성하도록 화물창의 모퉁이 지점 영역에 배치된다. 그러나, 또 다른 배치도 동일하게 가능함이 지적되어야 한다. 매그너스 로터의 배치는 매그너스 로터에 의해 바람직한 구동력을 달성하기 위해 로터 구역이 주어져야 한다는 개념에 기초하고 있다. 개별 매그너스 로터의 크기는, 필요한 표면적을 전체 네 개의 매그너스 로터로 분할함으로써 감소된다. 이러한 매그너스 로터의 배치에 의해 최대한의 면적이 연속적으로 자유롭게 되는데, 이는 특히 적하 및 양하역에 기여하고, 갑판 화물이 복수의 컨테이너 화물의 형태로 운반되는 것을 허용한다.

이러한 측면에서, 매그너스 로터들은, 이 매그너스 로터들이 작동되어 프로펠러에 의해 발생되는 것과 동일한 동력(약 6000 kW)을 발생시키도록 설계된다. 따라서, 충분한 바람이 있으면, 선박의 구동은 전적으로 매그너스 로터(10)에 의해 수행될 수 있다. 이는 예를 들어, 초속 12미터와 14미터 사이의 풍속에서 달성되어 프로펠러나 주 추진 구동부가 더 이상 선박의 추진에 필요하지 않아 가동 중지될 수 있도록 한다.

그래서, 매그너스 로터와 주 추진 구동부는, 바람이 불충분할 경우에 주 추진 구동부가 매그너스 로터에 의해 발생되지 않은 동력의 차분만 공급하도록 설계된다. 그래서, 구동부의 제어는, 매그너스 로터(10)가 최대 동력 또는 근사적으로 최대 동력을 발생시키도록 이루어진다. 따라서, 전기 구동을 위해 주 추진 구동부에 의한 추가적인 에너지의 발생이 필요 없으므로, 매그너스 로터 동력의 증가는 연료의 절약에 직결된다. 따라서, 내연 기관에 의해 구동되는 주 추진 구동부나 프로펠러와, 매그너스 로터의 제어 사이에서 요구되는 조절 없이 연료의 절약이 주어진다.

도 2는 도 1의 선박의 측면도와 부분 단면도를 도시한다. 여기에서는 매그너스 로터(10), 갑판실(40), 및 선교(30)도 도시되어 있다. 노천 갑판(14)은, 기상의 영향이나 해수로부터의 보호를 제공하는 투명한 재료로 덮일 수 있는 광유입 개구(18)를 갖는다. 이와 관련하여 덮개의 형상은 다른 선체 부분의 것과 일치한다. 또한, 세 개의 화물창, 즉 하부창(lower hold)(60). 제1 화물창(70), 및 제2 화물창(80)이 여기에 도시되어 있다.

도 3은 도 1의 선박의 또 다른 개략도를 도시한다. 특히 선박의 선미가 여기에 도시되어 있다. 선박은 또다시 수상 영역(15; 상부 영역)과 수중 영역(16; 하부 영역), 갑판실(40)과 선교(30), 및 네 개의 매그너스 로터(10)를 갖는다. 선박은, 굴려서 이동시킬 수 있는 화물을 제2 화물창(80)에 적하하고 이로부터 양하시킬 수 있는, 바람직하게는 유압으로 구동되는 선미 게이트(90)를 더 갖는다. 이 경우 선미 게이트(90)는 예를 들어, 높이가 7미터, 폭이 15미터일 수 있다. 또한, 제1 화물창(70)과 하부창(60)의 롤링 적하(rolling loading)가 가능하도록 리프트를 설치할 수 있다. 이 경우 하부창(60)은 건조 수선 아래에 배치된다.

도 4는 다양한 화물창, 즉 하부창(60), 제1 화물창(70), 및 제2 화물창(80)의 개략도를 도시한다.

도 5a는 화물창들의 단면도를 도시한다. 이 경우 하부창(60)은 최하 화물창으로서 배치된다. 제1 화물창(70)과 제2 화물창(80)은 하부창(60) 위에 배치된다. 제2 화물창(80)은 노천 갑판(14)에 의해 닫힌다. 노천 갑판의 측면에는 바람직하게는 개구(18)를 가진 주 갑판(85) 또는 작업 갱웨이(gangway) 또는 복도가 제공된다. 이 개구들은 선택에 따라 폐쇄가능하도록 형성된다.

적하 해치의 해치 코우밍(hatch coaming) 및 작업 갱웨이에는 선박의 외판(external skin)에 맞도록 형성되는 표면을 가진 구역을 형성하도록 전체 길이에 걸쳐 덮개(노천 갑판)가 구비된다.

특히 도 5a에서 알 수 있듯이, 선박은, 적재 부족이 없는 매끄러운 측벽을 가진 세 개의 상호 중첩된 화물창을 갖는다. 이는 선체에 대한 이중판(double-skin) 구조에 의해 달성된다. 하부창(60)과 제1 화물창(70)은 바람직하게는, 예를 들어 제위치에서 선회할 수 있도록 측면 탱크벽의 여러 높이에 배치된 횡부재에 매달릴 수 있는 개별 폰툰(pontoon) 덮개로 덮인다. 이 폰툰들은 바람직하게는 단위 제곱미터당 6톤과 10톤 사이의 하중 지지 능력을 갖는다. 폰툰들은 예를 들어, 갑판 크레인에 의해 이동될 수 있다. 폰툰이 필요하지 않은 경우에는, 전면 화물창 영역에 이것들을 상호 중첩되게 넣을 수 있다.

전술한 폰툰들은 화물창의 내부를 또 분할하는 역할을 하는데, 이와 관련하여 폰툰들은, 개별 화물창의 높이가 가변적으로 조절될 수 있도록 서로 다른 화물창의 가변적인 높이에 매달릴 수 있다. 따라서, 화물창은 그 정도에 있어서나 또는 그 길이를 따라 더 높은 곳의 화물창의 일부가 그에 대응하는 화물을 수용할 수 있도록 서로 다른 높이를 가질 수 있는 한편, 화물창의 또 다른 부분은 낮은 높이를 가져서, 그에 상응하여 그 위에서 발견되는 화물창에 대해 더 높은 곳이 이용가능하도록 한다. 이것은 다양한 화물창에 있어서 화물 구역의 대단히 유연한 분할을 달성하는 것을 가능하게 한다.

선박의 외벽과 화물창의 벽 사이에는, 예를 들어 선박에 필요한 안정성을 주는 밸러스트 워터(ballast water)로 채워질 수 있는 밸러스트 탱크가 구비된다. 밸러스트 탱크 위에는 주 갑판(85)이 배치되는데, 즉 주 갑판(85)은 해치 코우밍(86) 옆의 화물창 바깥에서 연장한다.

선박 선체의 상부측은, 기류에 난류를 일으킬 수 있는 상부 구조물이 존재하지 않아, 해치 코우밍의 덮개의 설계 형상으로 인해 유리한 유체 역학적 형상을 갖는다. 이것은 선박의 외판까지 주 갑판을 덮어, 주 갑판(85)에 기상으로부터 보호되고 유리한 유체 역학 방식으로 둘러싸인 갱웨이를 제공하는 이유이기도 하다.

도 5b는 도 1의 선박의 단면의 또 다른 도면을 도시한다. 도 5a의 단면도의 일부가 여기에 도시되어 있다. 노천 갑판(14)은 주 갑판(85) 위에서 연장하여, 공기역학적으로 유리한 형상을 제공하도록 선박의 외판에 연결된다. 주 갑판(85)은 화물창쪽 측면에 해치 코우밍(86)을 갖는다. 공기역학적으로 유리한 형상과 별도로, 선박의 외판에 연결되는, 주 갑판 위의 노천 갑판 또는 덮개도 불리한 기상 상태로부터 주 갑판(85)을 보호한다.

선박은 또한, 노천 갑판 해치를 갖는다. 이 노천 갑판 해치는 예를 들어, 크기가 70 × 22 m이고, 유압으로 구동되는 접이식 덮개 시스템(예를 들어, MacGregor 시스템 등)으로 덮인다. 노천 갑판 해치의 하중 지지 능력은 바람직하게는 단위 제곱미터당 3톤과 5톤 사이이다.

노천 갑판 해치는, 해치가 열렸을 때 수직으로 배치된 해치 덮개가 선박의 후부 선체(afterbody) 상의 매그너스 로터들 사이에 있도록, 뒤에서 앞쪽으로 닫힌다. 바람직하게는 풍력 발전 설비의 부품들을 수송하는 복수의 래싱 아이(lashing eye)가 제공된다. 하부창(60)을 덮는 재료는 바람직하게는, 래싱 아이가 하부창(60)의 제자리에 용접될 있도록 가연성 재료가 아니다.

하부창(60)을 덮는 재료의 하중 지지 능력은 바람직하게는 단위 제곱미터당 17톤과 20톤 사이이다. 노천 갑판 해치를 포함한 모든 화물창은 또한, 바람직하게는 표준 해상 컨테이너의 수송을 위해 설계된다. 바람직하게는 갑판 아래로 5개의 표준 해상 컨테이너 층이 있을 수 있고, 갑판 상에 5개 층이 있을 수 있어서, 824 TEU의 최대 수용력을 제공한다.

도 5c는 도 1의 선박의 갑판실(40)의 단면도를 도시한다. 도 5c에 도시된 단면은 단지 예시일 뿐이다. 이 경우 갑판실은 그 일단부에서 둥근 형상이고, 공기역학적으로 유리하도록 뒤쪽으로 좁아진다.

선박은 또한, 바람직하게는 예를 들어 75톤의 하중 지지 능력을 가진 포탈(portal) 크레인의 형태로 제공되는 선상 크레인(미도시)을 갖는다. 선상 크레인은 바람직하게는 주 갑판에 제공된다. 선상 크레인용 레일은 바람직하게는 화물 해치 코우밍에 평행하게 연장한다.

주 갑판 위에서 연장하는 포탈 크레인의 높이는 바람직하게는, 크레인이 풍력 발전 설비 부품들을 회전시키도록 설계되고, 컨테이너를 회전시키는데 단지 부차적으로 사용되도록 된 높이이어야 한다. 크레인은 전체 해치 길이 및 선박의 전체 폭에 걸쳐 이동가능하므로, 화물창 내의 어느 위치에든 도달가능하다. 크레인의 지브(jib)는 바람직하게는, 해치 코우밍 위로 상이한 크기의 부품들을 들어올릴 수 있도록 높이 조절이 가능하다. 따라서, 그 길이는 바람직하게는 10미터이다. 이 경우 포탈 크레인은, 제2 화물창(80)의 전방 영역에 정지시켜놓는(parking) 위치를 갖도록 설계된다. 바람직하게는 포탈 크레인은 그 위의 노천 갑판을 닫을 수 있도록 레일을 가진 리프트 플랫폼상에 배치된다.

제1 실시예에 따른 선박은 바람직하게는 디젤-전기 주 구동부를 갖는다. 바람직하게는 각각 1000 kW의 출력을 가진 7개의 디젤 유닛이 주 추진 모터와 매그너스 로터 및 횡추력 조향타용 구동 모터를 전체 선상 시스템에 중앙 공급을 한다. 이 경우 디젤 조립체는 선상 시스템의 요구에 따라 자동으로 온오프된다. 디젤 유닛용 엔진실은 바람직하게는 갑판 상부 구조물 아래의 선수루(forecastle)에 배치된다. 조립체 격실은 주 갑판으로 통하는 조립체 해치와 하역구에서의 유닛의 부분 또는 완전 교체를 허용하는 적절한 장치를 갖는다. 연료 탱크는 바람직하게는 선박의 이중벽 외판 뒤의 선수루에 배치된다. 이 경우 주 추진 구동부는 디젤 구동 발전기로부터 전력을 받는 전기 모터에 의해 구동된다. 이 경우 주 전기 추진 모터는 90°의 최대 피치각(pitch angle)을 갖는 가변 피치 프로펠러에 직접 작용한다. 따라서, 블레이드는 피치각이 약 +90°인 날개형(feathered) 위치로 움직일 수 있다. 주 추진 모터는 모든 보조 유닛들과 함께 최하 화물창 뒤의 주 엔진실에 배치된다. 디젤 유닛실과 주 엔진실 사이의 전기 공급선들은 좌현측 및 우현측 모두에 제공된다. 이와 더불어서, 선박은 선박의 후부 선체 영역에 비상 디젤실을 갖는다. 선박의 조향타는 양호한 기동성을 보장하기 위해 바람직하게는 유압으로 작동하는 균형잡힌 조향타에 의해 주어진다.

프로펠러 구동부는 기본적으로 네 개의 매그너스 로터(10)를 위해 제공된다. 이 경우 네 개의 매그너스 로터의 구동 및 제어는 완전자동으로 이루어지고, 각 경우에 매그너스 로터들이 서로 다르게, 즉 회전 방향 및 회전 속도와 관련하여 상이하게 제어될 수 있도록 각 매그너스 로터에 대하여 독립적으로 이루어진다.

도 6은 도 1의 제1 실시예에 따른 선박의 제어 시스템의 블록 회로도를 도시한다. 네 개의 매그너스 로터(10) 각각은 자체 모터(M)와 별도의 컨버터(U)를 가지고 있다. 컨버터(U)는 중앙 제어 유닛(SE)에 연결되어 있다. 디젤 구동부(DA)는 전기 에너지를 발생시키는 발전기(G)에 연결되어 있다. 각 컨버터(U)는 발전기(G)에 연결되어 있다. 또한, 별도의 주파수 컨버터(U)와 함께 제어 유닛(SE)과 발전기(G) 모두에 연결된 전기 모터(M)에 연결된 주 추진 구동부(HA)도 도시되어 있다. 이 경우 네 개의 매그너스 로터(10)는 개별적으로 서로에 대하여 독립적으로 제어될 수 있다. 매그너스 로터와 주 추진 구동부의 제어는, 최대 추진력을 달성하기 위해 현재의 지배 바람(prevailing wind) 측정치(풍속, 풍향)(E1, E2)와 기준이 되는 바람직한 항해 속력(E3)과 관련된 정보들에 기초하여(선택사항으로서 항해 유닛(NE)에서 나온 항해 정보에 기초하여), 그에 대응하는 개개의 매그너스 로터(10) 및 주 추진 구동부에 대한 회전 속도와 회전 방향을 결정하는 제어 유닛(SE)에 의해 이루어진다. 필요한 경우, 네 개의 매그너스 로터의 추진력과 선박의 현재 속력, 및 속력의 기준값에 따라 제어 유닛(SE)은 무단으로(steplessly) 주 추진 구동부인 프로펠러의 작동을 조절한다. 따라서, 풍력의 세기는 자동으로 연료의 절약으로 직접 전환된다. 선박은 또한, 매그너스 로터(10)의 독립 제어로 인해 주 추진 구동부 없이 제어될 수 있다. 특히, 큰 물결(heavy sea)이 있을 때에 각 매그너스 로터(10)의 적절한 제어에 의해 선박의 안정화를 달성할 수 있다.

또한, 선박의 기동성을 향상시키기 위해 하나 이상의 횡추력 조향타(QSA)가 구비될 수 있다. 이 경우 횡추력 조향타 하나는 선박의 선미에 제공되고, 한 개 내지 두 개의 횡추력 조향타는 선박의 선수에 제공될 수 있다. 컨버터(U)는 또다시 중앙 제어 유닛(SE)과 발전기(G)에 연결된다. 이러한 방식으로 횡추력 조향타(도 6에는 한 개만 도시되어 있다)도 중앙 제어 유닛에(컨버터에 의해) 연결되어 선박을 제어하는데 사용될 수 있다. 횡추력 조향타(QSA)는 각각 회전 속력 및 회전 방향과 관련하여 중앙 제어 유닛(SE)에 의해 개별적으로 구동될 수 있다. 이 경우 제어는 전술한 것과 같이 달성될 수 있다.

가변 피치 프로펠러의 피치각은 통상 -20°와 +20° 사이의 범위에서 변한다. +20°로 설정되었을 때에는, 최대 추진력이 발생되는 반면, -20°로 설정되었을 때에는 선박을 역으로 움직이게 만든다.

바람직하게는 가변 피치 프로펠러의 피치각 조절 범위는 -20°와 +100° 사이이다. 따라서, 프로펠러는 피치각이 약 +90°인 날개형 위치로 변할 수 있고, 이에 따라 선박이 순수하게 매그너스 추진력에 의해 작동할 때 프로펠러의 저항이 최소가 되게 한다. 이는 특히, 선박이 공기역학적으로 더 유리한 형상을 가질 때 유리하고, 프로펠러 블레이드의 저항이 더 이상 극복될 필요가 없으면 매그너스 로터가 선박의 전방 추진력에 필요한 동력 출력을 조기에 제공할 수 있어서, 프로펠러를 조기에 작동 중지시키는 것이 가능하다. 따라서, 풍향과 풍속 모두 선박의 항해 또는 제어에 영향을 미친다.

매그너스 구동부에 대한 유리한 값은 예를 들어, 선박의 경로에 대하여 30°와 약 130° 사이, 바람직하게는 45°와 130° 사이의 범위에서 유입 유동으로써 달성된다. 가능한 한 선박의 구동이 매그너스 로터에 의해 이루어지면, 바람을 거스르는 진행은 제한적으로만 가능하여, 항해와 관련하여 이상 경로로부터의 일정한 편이가 가능하고, 이에 따라 매그너스 로터에 의한 구동을 더 잘 이용하는 것을 가능하게 한다.

이와 관련하여 선박의 운동과 중첩되는 기상 데이터에 나타나는 진풍향과 진풍속을 참조한다. 기상의 풍향 및 풍속과 선박의 항해 속력의 벡터합은 진풍향과 진풍속으로 기술되는 소위 진풍(true wind)을 발생시킨다.

기동성은 네 개의 매그너스 로터(10)의 배치(두 개는 선박의 전면에, 그리고 두 개는 선박의 선미에)에 의해 향상될 수 있다.

매그너스 로터(10)는, 바람직하게는 주 갑판 위로 전체 높이가 27미터이고, 직경은 3.5미터이다. 이것이 5미터의 홀수(draught)와 함께 40미터의 최대 헤드룸 여유(headroom clearance)를 제공한다. 다른 치수도 가능함을 이해할 것이다. 각 매그너스 로터의 전기 모터와 컨버터는 로터 밑의 갑판 아래 격실에 배치된다. 이는 컨버터와 모터가 정비 목적으로 접근가능함을 의미한다.

전술한 실시예와 더불어서 선박은 토잉(towing) 케이블로 선박에 연결된 토잉 카이트(kite)를 가질 수 있다. 이러한 방식에서는, 적절한 풍향이 있으면 그러한 토잉 카이트도 보조 구동부로서 사용되어 연료를 더 절약할 수 있다.

전술한 매그너스 로터는 15 이상, 바람직하게는 20 보다 큰 고속 모드를 포함할 수 있다. 이러한 큰 고속 모드는 효율성에 있어서 상당한 증가를 달성하는 것을 가능하게 한다.

도 7은 선박의 전기 에너지를 위한 발전 시스템의 수정된 실시예를 도시한다. 도 7에 도시된 발전 시스템은 도 6에 도시된 제어 시스템에 통합될 수 있다. 예를 들어, 본 도면은 하류에 연결된 발전기(G1, G2)를 가진 두 개의 디젤 구동부 또는 내연 기관(DA)을 도시한다. 디젤 구동부(DA)에서 나온 배기 가스는 배기관(110)을 통해 배출되어 후연소(post-combustion) 유닛(NV)으로 보내어진다. 이 후연소 유닛(NV)에서는 디젤 구동부(DA)에서 연소되지 않은 배기 가스 성분들이 연소되고, 하류에 연결된 열 교환기(WT)에 의해 이 연소 열과 상당 부분의 배기 가스 열이 이곳으로부터 취해져, 이 열로부터 추가적인 전기 에너지를 발생시키는 또 다른 발전기(G3)를 구동시키는데 사용된다. 이는 디젤 구동부(DA)가 이에 상응하여 받는 부하가 덜 심하고, 그 연료 소비는 이에 상응하여 낮음을 의미한다. 이러한 방식으로 후처리를 겪는 배기 가스는 그 후 연돌(funnel)(112)을 통해 배출될 수 있다.

발전기(G1-G3)에 의해 발생된 전기 에너지는 도 6에 도시된 바와 같이, 예를 들어 선상 전기 네트워크를 통해 주 추진 구동부(HA)의 모터(M)에 공급될 수 있다. 또한, 선상 네트워크를 통해 매그너스 로터(10)의 컨버터(U)와 전기 모터(M)에 전기 에너지가 공급될 수 있다. 선상 네트워크는 또한, 선박에 대한 전기 에너지 공급을 보장하기 위해 사용될 수 있다.

도 8은 선박의 선체의 단순화된 단면도를 도시한다. 선체는 수상 영역(15)과 수중 영역(16)을 갖는다. 종래의 추진 구동 시스템의 프로펠러(50)와 중앙 조향타(51)는 선박의 중앙부에 배치된다.

중앙 조향타(51)의 두 측면의 각각에는 또 다른 조향타(52a, 52b)가 배치되어 있다. 이 또 다른 조향타들(52a, 52b)은 중앙 조향타(51)로부터 좌현측(조향타(52a))과 우현측(조향타(52b))으로 소정의 거리만큼 벗어나 배치된다. 이 두 개의 추가 조향타(52a, 52b)는 근사적으로 중앙 조향타(51)보다 두 배 큰 면적과 크기를 갖는다. 이와 관련하여 이 추가 조향타(52a, 52b)는 주로 선박의 항해 특성, 즉 매그너스 로터 구동부를 이용한 항해시의 특성을 향상시키는데 기여한다.

도 9a는 중앙 조향타(51)의 또 다른 실시예의 측면도를 도시한다. 이 실시예에서 중앙 조향타(51)는 소위 코스타 페어(Costa pear)(53)를 갖는다. 이 코스타 페어(53)에는, 수중에서 프로펠러(50)에 의해 발생된 난류의 적어도 일부를 선박의 전방 추력으로 전환하는 형상을 가진 안내 날개(guide vane)(53a)가 장착되어 있다. 프로펠러(50)에 공급된 동력은 이러한 방식으로 더 효과적으로 추력으로 전환되고, 따라서 연료의 절약에도 기여한다.

도 9b는 코스타 페어(53)와 안내 날개(53a, 53b, 53c, 53d)를 가진 중앙 조향타(51)의 또 다른 도면을 도시한다. 이러한 안내 날개(53a-53d)는 추가적으로 고리(54)에 의해 둘러싸인다. 코스타 페어, 안내 날개, 및 후자를 둘러싸는 고리의 이러한 배치는 프로펠러(본 도면에는 도시되지 않음, 도 8의 도면 부호 50 참조)에 공급된 동력의 선박 추력으로의 전환을 향상시킨다. 조향타(51)는 또한, 소위 '비틀어진(twisted) 조향타'라고 불리우는 것의 형태일 수 있다.

도 10a는 뒤에서 본, 엣지 아크(edge arc)(55)가 위에 장착된 프로펠러 블레이드(50a) 중 하나의 크게 단순화된 도면을 도시한다. 도 10b는 이 프로펠러 블레이드(50a)의 측면도를 도시하며, 여기에서는 일측으로(본 도면에서는 우측으로) 구부러지는 엣지 아크(55)를 명확히 볼 수 있다.

도 10c는 이 프로펠러 블레이드(50a)의 평면도를 도시하며, 엣지 아크(55a)가 타원 형상으로 된 것을 분명하게 볼 수 있다. 이러한 타원 형상은 유체 동역학과 관련하여 특히 바람직한 거동과 타원 형상을 따른 유동의 점진적인 분리를 일으켜서 엣지 아크(55a)의 팁으로부터 떨어져 나와야 하는 매우 작은 부분의 유동만 존재하도록 한다. 이는 유동의 분리가 실질적으로 더 작은 손실과 연결됨을 의미하며, 이는 또한 향상된 추진 성능과 그에 따른 더 나은 연료 활용에 기여한다. 이 도면의 좌편 부분에 파선으로 타원 엣지 아크(55a')가 도시되어 있다. 이것은 엣지 아크가 프로펠러 블레이드(50a)의 평면으로부터 각각의 관련 조건들에 따라 자연스럽게 도 10b에 도시된 쪽뿐만 아니라, 대향측으로도 구부러질 수 있음을 나타낸다.

도 10d 및 도 10e는 또 다른 유사한 실시예를 도시한다. 도 10d로부터, 여기에서는 프로펠러 블레이드(50a)의 평면으로부터 상호 대향하는 측으로 꺾인 두 개이 엣지 아크(55a, 55b)가 존재함이 분명하게 보인다. 한 개의 엣지 아크만 도시된 도 10b와 도 10c의 도면과는 대조적으로 여기에서는 두 개의 엣지 아크가 있다. 이것은 프로펠러 블레이드(50a)로부터의 유동의 분리로 인한 손실이 훨씬 더 감소하여, 훨씬 더 많은 힘이 선박을 추진하는데 이용가능함을 제공한다.

Claims (20)

1. 선박으로서,
   적어도 네 개의 매그너스 로터(10)를 포함하고, 상기 적어도 네 개의 매그너스 로터 각각에 매그너스 로터(10)를 회전시키는 개별적으로 구동가능한 전기 모터(M)가 연관되며, 각 전기 모터(M)에는 상기 전기 모터(M)의 회전 속도 및 회전 방향 중 적어도 하나를 제어하는 컨버터(U)가 연관되며,
   상기 선박의 선수에 배치되는 선교(30) 및 갑판실(40)을 포함하고,
   상기 갑판실(40), 상기 선교 및 노천 갑판 위의 모든 상부 구조물은, 날카로운 모서리 및 날카로운 모서리의 구조물을 피함으로써 바람의 저항을 줄이기 위해 공기역학적 형상으로 되어 있고,
   상기 갑판실(40)은, 일단이 둥근 형상이고 뒤쪽으로 좁아지는 형상을 상기 갑판실(40)에 제공함으로써 그 뒤에서의 난류를 피하도록 설계되어 있으며,
   4개의 매그너스 로터(10)가 상기 선박의 선체의 4개의 모퉁이에 배치되어 있는, 선박.
2. 청구항 1에 있어서,
   각 경우에 다른 매그너스 로터들에 대하여 독립적으로 매그너스 로터(10)의 회전 속도 및 회전 방향 중 적어도 하나를 제어하기 위해, 상기 개별 컨버터(U)를 제어하는, 컨버터(U)에 연결된 중앙 제어 유닛(SE)을 포함하는 선박.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 매그너스 로터(10)의 회전 속력 및 회전 방향 중 적어도 하나는, 풍속, 풍향, 미리 결정될 수 있는 경로 및 항해 정보 중 적어도 하나에 따라 제어되는, 선박.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 선박의 주 구동부(HA)로서 전기 모터를 더 포함하고, 컨버터(U)는 상기 모터의 제어를 위해 상기 전기 모터와 연관되는, 선박.
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 매그너스 로터(10)는 최대 추력이 달성되도록 상기 중앙 제어 유닛(SE)에 의해 제어되고, 요구되는 추력과 상기 매그너스 로터(10)의 회전에 의해 달성된 추력 사이의 차분은 주 구동부(HA)에 의해 제공되는, 선박.
6. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   공기역학적 형태를 실현하기 위해 둥근 모퉁이와 둥근 부품 부분을 갖는 노천 갑판을 포함하는 선박.
7. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   주 갑판에 있는 작업 갱웨이(85)를 포함하고, 상기 작업 갱웨이(85)에는 덮개가 선박의 외판(outer skin) 및 선박의 상부측 중 적어도 하나를 연결하도록 적어도 부분 방식으로 덮개가 구비되는, 선박.
8. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   갑판실(40)을 포함하고, 그 프로파일은 선박의 추진에 기여하도록 된 것인, 선박.
9. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   서브분할이 가능한 화물창(60, 70, 80)을 포함하고, 상기 화물창(60, 70, 80)의 서브분할은 폰툰 덮개를 끼워맞춤으로써 달성되는, 선박.
10. 청구항 9에 있어서,
    유압으로 구동되는 접이식 덮개 시스템이 구비된, 상기 화물창(80)의 전체 길이에 걸쳐 연장하는 폐쇄가능한 노천 갑판 해치(14)를 포함하는 선박.
11. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    유압으로 구동되는 폐쇄가능한 선미 게이트(90)를 포함하는 선박.
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 선미 게이트(90)의 영역에 배치되고, 화물창에 도달할 수 있게 하는 리프트를 포함하는 선박.
13. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    레일 상에서 이동가능한 선상 크레인을 포함하는 선박.
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 선상 크레인은, 상기 노천 갑판이 선상 크레인 위로 닫힐 수 있도록, 상기 노천 갑판 아래의 평면 안으로 이동가능하도록 리프트 플랫폼상에 배치되는, 선박.
15. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    전기 에너지를 발생시키는 발전기(G1, G2)에 결합된 적어도 하나의 내연 기관(DA)을 포함하는 선박.
16. 청구항 15에 있어서,
    상기 내연 기관(DA)으로부터 나온 배기 가스의 후연소를 위한 후연소 유닛(NV),
    상기 후연소 유닛(NV)의 연소열 및 상기 내연 기관(DA)의 배기 가스의 열 중 적어도 하나를 빼앗는 열 교환기(WT), 및
    상기 열 교환기(WT)에 결합되고, 상기 열 교환기(WT)에 의해 전달된 열에 의해 구동되는 발전기(G3)를 포함하는 선박.
17. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    프로펠러(50), 및
    코스타 페어(53)를 갖는 조향타(51)를 포함하고,
    상기 프로펠러(50)에 의해 발생된 난류의 일부가 추력으로 전환되도록 적어도 두 개의 안내 날개(53a, 53b)가 상기 코스타 페어(53)에 배치되는, 선박
18. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    블레이드(50a)를 갖는 프로펠러(50)를 포함하고,
    상기 프로펠러(50)의 블레이드(50a)는 각각 구부러진 엣지 아크(55)를 갖는, 선박.
19. 청구항 18에 있어서,
    상기 프로펠러(50)의 블레이드(50a)는 타원형 엣지 아크(55a)를 갖는, 선박.
20. 청구항 18에 있어서,
    상기 프로펠러(50)의 블레이드(50a)는, 블레이드(50a)의 대향측으로 꺾인 두 개의 엣지 아크(55a, 55b)를 갖는, 선박.

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