KR101467074B1 - 선박용 추진 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치는, 선미에 결합되어 추진력을 발생시키는 프로펠러; 상기 프로펠러의 전방에 설치되고 원의 형태를 가지는 덕트; 상기 선미로부터 상기 프로펠러 축 중심에서 멀어지는 방향으로 돌출 형성되며, 상기 덕트의 내면 및 상기 덕트의 외면에 돌출되는 적어도 하나 이상의 전류핀; 및 상기 선미와 상기 덕트의 내면을 연결하는 지지핀을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 선박용 추진 장치는, 덕트와 전류핀을 포함하고 전류핀이 덕트의 외면까지 연장되도록 하며, 덕트의 상단에 적어도 하나 이상의 반류 생성 돌기를 부착하여 덕트의 내부 및 외부를 따라 흐르는 유류를 최적화하여 추진 성능을 대폭 향상시킬 수 있다.

Description

선박용 추진 장치{A propulsion apparatus for ship}

본 발명은 선박용 추진 장치에 관한 것이다.

본 발명은 지식경제부 및 한국산업기술평가관리원의 산업융합원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제고유번호: 10040060, 과제명: 저항추진성능 향상 선종별 에너지절감 부가장치 개발 및 실선 적용].

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 덕트를 결합하고 덕트의 내부에 전류핀을 구비하여, 프로펠러에 유입되는 유체의 흐름을 제어하는 장치가 다양한 선박에 널리 적용되고 있다. 그러나 종래 사용되고 있는 덕트 장치는, 덕트의 내측에만 전류핀을 구비하기 때문에 덕트의 외면을 따라 흐르는 유체의 흐름을 변화시킬 수 없어 추진 성능에 한계가 있다는 문제점이 있다.

이와 같은 종래 기술은, 공개특허공보 제10-2012-0124205호(2012.11.13., 공개), 공개특허공보 제10-2012-0126910호(2012.11.21., 공개), 일본 공개특허공보 특개평07-108992호(1995.04.25., 공개)에 공개되어 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 덕트의 외면으로 돌출되는 전류핀을 구비하고, 덕트의 상단에 반류 생성 돌기를 구비하여 유체의 흐름을 변화시킴으로써, 추진 효율을 극대화할 수 있는 선박용 추진 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치는, 선미에 결합되어 추진력을 발생시키는 프로펠러; 상기 프로펠러의 전방에 설치되고 원의 형태를 가지는 덕트; 상기 선미로부터 상기 프로펠러 축 중심에서 멀어지는 방향으로 돌출 형성되며, 상기 덕트의 내면 및 상기 덕트의 외면에 돌출되는 적어도 하나 이상의 전류핀; 및 상기 선미와 상기 덕트의 내면을 연결하는 지지핀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 선박용 추진 장치는, 덕트와 전류핀을 포함하고 전류핀이 덕트의 외면까지 연장되도록 하며, 덕트의 상단에 적어도 하나 이상의 반류 생성 돌기를 부착하여 덕트의 내부 및 외부를 따라 흐르는 유류를 최적화하여 추진 성능을 대폭 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 배면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 좌측면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치에서 반류 생성 돌기의 사시도이다.

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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 배면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 평면도이다. 또한 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 좌측면도이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치(1)는, 프로펠러(도시하지 않음), 덕트(10), 전류핀(20), 지지핀(30), 반류 생성 돌기(40)를 포함한다.

프로펠러(도시하지 않음)는, 선미(2)에 결합되어 추진력을 발생시킨다. 본 실시예가 포함하고 있는 프로펠러는 일반적으로 널리 사용되는 스크류 프로펠러와 동일하므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다.

덕트(10)는, 프로펠러의 전방에 설치되며, 유체의 흐름을 변화시킨다. 원 또는 원호 형태를 가질 수 있으며, 일부분이 선미(2)에 직접 결합되거나 또는 후술할 전류핀(20) 또는 지지핀(30)에 의해 간접적으로 결합될 수 있다. 이때 덕트(10)의 축 중심은 프로펠러 축 중심과 동일하거나 또는 일정 비율만큼 상향 편심될 수 있다.

덕트(10)의 단면은, 내측으로는 볼록하고 외측으로는 평평한 형태일 수 있다. 이는 유체의 흐름이 덕트(10)의 내측으로 유입될 때 불필요한 저항이 발생되지 않게 하기 위함이다.

덕트(10)의 내측 단면을 살펴보면, 내측으로 돌출된 높이가 전후 방향을 따라 가변되며, 최대로 돌출된 부분은 선박의 전진 방향으로 일정 거리만큼 치우쳐 있을 수 있다. 즉 덕트(10)의 내측 단면은 전후 대칭이 아닌 에어포일 형태일 수 있다.

덕트(10)는 하단에서 상단으로 갈수록 전후 길이가 상대적으로 커지는 형태를 가질 수 있다. 일례로 덕트(10)의 트레일링 에지가 수선면에 수직한 평면상에 놓일 경우, 덕트(10)의 리딩 에지는 수선면에 경사진 평면상에 놓일 수 있다.

덕트(10)는 위에서 내려다볼 때 도 3에 도시된 바와 같이 리딩 에지가 곡선 형태일 수 있다. 이는 덕트(10)의 리딩 에지가 수선면에 경사진 평면상이 놓이며 원의 형태를 갖기 때문이다. 일례로 덕트(10)의 리딩 에지의 상단과 하단이 기울어진 각도는 20도일 수 있다.

또한 덕트(10)는, 하단에서 상단으로 갈수록 두께가 두꺼워지는 형태를 가질 수 있다. 이때 덕트(10)의 상단 두께는, 덕트(10)의 하단 두께보다 2 내지 3배 두꺼울 수 있다.

덕트(10)의 트레일링 에지는 프로펠러 직경의 0.4배일 수 있다. 반면 덕트(10)의 리딩 에지는 프로펠러 직경의 0.4배 이상일 수 있다. 즉 덕트(10)는 리딩 에지가 트레일링 에지보다 직경이 크게 형성될 수 있다.

전류핀(20)은, 적어도 하나 이상으로 구성되며, 선미(2)로부터 프로펠러 축 중심에서 멀어지는 방향으로 돌출 형성된다. 이때 전류핀(20)은, 덕트(10)와 마찬가지로 에어포일 형태의 단면을 가질 수 있으며, 다만 상면이 곡면이고 하면이 평면인 형태일 수 있다.

전류핀(20)은 선체로부터 멀어질수록 전후 폭이 동일하거나 또는 가변하는 형태를 가질 수 있고, 전류핀(20)의 전후 폭은 덕트(10)의 전후 폭보다 상대적으로 작을 수 있다. 즉 전류핀(20)은 전후 방향으로 덕트(10)의 표면을 벗어나지 않도록 배치될 수 있다. 또한 전류핀(20)의 트레일링 에지와 덕트(10)의 후단 사이의 거리는, 전류핀(20)의 리딩 에지와 덕트(10)의 전단 사이의 거리와 상이할 수 있다. 즉 전류핀(20)은 덕트(10)의 후단에 근접 설치될 수 있다.

전류핀(20)은, 덕트(10)의 내면 및 덕트(10)의 외면에 돌출 형성될 수 있다. 즉 전류핀(20)은 선미(2)로부터 돌출되어 덕트(10)를 관통하는 형태로 배치될 수 있으며, 이때 덕트(10)의 내면에 위치한 전류핀(20)의 일부분과, 덕트(10)의 외면에 위치한 전류핀(20)의 나머지 부분은, 하나의 평면상에 놓일 수 있고, 또는 일정 각도 경사지게 배치될 수 있다.

전류핀(20)이 덕트(10)의 외면으로 돌출된 길이는 프로펠러 반경의 0.3배일 수 있다. 덕트(10)의 직경이 프로펠러 직경의 0.4배일 때, 덕트(10)의 중심으로부터 전류핀(20)의 끝단까지의 길이는 프로펠러 반경의 0.7배일 수 있다. 다만 전류핀(20)의 길이는 프로펠러 반경의 0.7배보다 작을 수 있다. 이는 전류핀(20)의 일단이 선미(2) 보싱에 부착될 수 있기 때문이다.

전류핀(20)은, 덕트(10)의 축 중심을 기준으로 좌현에 배치되는 적어도 하나 이상의 좌현 전류핀(21)과, 덕트(10)의 축 중심을 기준으로 우현에 배치되는 적어도 하나 이상의 우현 전류핀(22)을 포함한다. 이때 좌현 전류핀(21)과 우현 전류핀(22)은, 개수가 서로 상이할 수 있으며, 특히 좌현 전류핀(21)은 우현 전류핀(22)보다 상대적으로 많은 개수로 구성될 수 있다.

즉 전류핀(20)은 비대칭으로 구비될 수 있으며, 일례로 좌현 전류핀(21)은 2개, 우현 전류핀(22)은 1개로 구성될 수 있다. 이때 복수 개의 좌현 전류핀(21) 중 가장 상부에 위치한 좌현 전류핀(21)과 우현 전류핀(22)은, 좌우 대칭되도록 배치될 수 있다.

좌현 전류핀(21)은 리딩 에지가 상방으로 경사진 단면을 가질 수 있고, 반대로 우현 전류핀(22)은 리딩 에지가 하방으로 경사진 단면을 가질 수 있다. 이때 복수 개의 좌현 전류핀(21)의 경사각은 서로 상이할 수 있다. 또한 좌현 전류핀(21)과 우현 전류핀(22)의 리딩 에지의 경사각도는, 다차원 곡선 또는 직선 형태를 가질 수 있다. 즉 본 실시예에서 전류핀(20)의 리딩 에지 경사각은 다양하게 형성될 수 있다.

전류핀(20)은 모두 전후 길이가 상이할 수 있다. 일례로 도 2를 기준으로 설명하면, 상부에 위치한 좌현 전류핀(21), 우현 전류핀(22), 하부에 위치한 좌현 전류핀(21) 순으로 전후 길이가 감소할 수 있다. 또한 전류핀(20)의 두께 역시 모두 상이할 수 있다. 이때 전류핀(20)의 두께가 두꺼운 순서는 앞서 설명한 전류핀(20)의 전후 길이 순서와 동일할 수 있다.

전류핀(20)은, 끝단에 타원 또는 구 형태 등과 같은 유선형의 벌브(도시하지 않음)를 가질 수 있다. 벌브를 전류핀(20)의 끝단에 구비하는 것은 유체의 흐름을 효과적으로 제어하여 캐비테이션 성능을 향상시키기 위함이다. 이때 본 실시예는 벌브의 크기를 특별히 한정하지 않으며, 벌브의 형태는 타원이나 구 또는 기타 유선형일 수 있다.

지지핀(30)은, 선미(2)와 덕트(10)의 내면을 연결한다. 지지핀(30)은 전류핀(20)과 마찬가지로 선미(2)로부터 프로펠러 축 중심에서 멀어지는 방향으로 돌출 형성될 수 있으며, 다만 전류핀(20)과는 달리 덕트(10)의 외면으로 연장되지는 않을 수 있다.

지지핀(30)은 전류핀(20)보다 상대적으로 전후 길이가 짧을 수 있으며, 전류핀(20)보다 상대적으로 두께가 얇을 수 있다. 또한 지지핀(30)은 좌현 전류핀(21)과 마찬가지로 리딩 에지가 상방으로 경사진 단면을 가질 수 있다.

지지핀(30)은 전류핀(20)과 함께 덕트(10)를 선미(2)에 연결하는 동시에, 덕트(10)의 내면으로 유입되는 유체의 흐름을 제어할 수 있다. 즉 지지핀(30) 역시 전류핀(20)의 역할을 일부 수행할 수 있다.

반류 생성 돌기(40)는, 덕트(10)의 상단에 적어도 하나 이상 구비되며 전단에서 후단으로 갈수록 단면적이 증가하는 형태를 갖는다. 이때 반류 생성 돌기(40)는, 덕트(10)의 상단 중앙 및 상단 중앙으로부터 좌우로 일정 거리 떨어진 지점에 각각 배치될 수 있다.

즉 반류 생성 돌기(40)는 총 3개가 구비될 수 있고, 덕트(10)의 축 중심을 기준으로 동일한 간격으로 이격 배치될 수 있으며, 좌우 대칭되도록 구비될 수 있다.

이하에서는 반류 생성 돌기(40)의 형태에 대해서 도 5를 참고하여 자세히 설명하도록 한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치에서 반류 생성 돌기의 사시도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 반류 생성 돌기(40)는 단면이 전단에서 후단으로 갈수록 점차 면적이 증가하는 사각 형태일 수 있다. 즉 반류 생성 돌기(40)는, 피라미드 형태일 수 있으며, 다만 전단의 꼭지점이 덕트(10)의 표면에 부착된 형태일 수 있다. 다시 말하면 반류 생성 돌기(40)는 꼭지점이 치우쳐 있는 피라미드 형태일 수 있다.

또한 반류 생성 돌기(40)와 덕트(10)의 표면 사이에 갭이 형성되는 것을 방지하기 위해, 원형의 덕트(10)에 부착되는 반류 생성 돌기(40)의 일면은, 반류 생성 돌기(40)가 부착되는 덕트(10)의 표면에 대응되는 곡률을 갖는 곡면 형태일 수 있다. 물론 반류 생성 돌기(40)에서 덕트(10)에 부착되는 면 외의 다른 면을 평면으로 한정하는 것은 아니다.

이와 같이 본 실시예는, 덕트(10)와 전류핀(20)을 구비하되 전류핀(20)이 덕트(10)의 외면으로 돌출되도록 하며, 덕트(10)의 상단에 반류 생성 돌기(40)를 구비함으로써, 프로펠러에 유입되는 유체의 흐름을 변화시켜서 보텍스의 발생을 절감하여 추진 성능을 대폭 향상시킬 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: 선박용 추진 장치 2: 선미
10: 덕트 20: 전류핀
21: 좌현 전류핀 22: 우현 전류핀
30: 지지핀 40: 반류 생성 돌기

Claims (11)

1. 선미에 결합되어 추진력을 발생시키는 프로펠러;
   상기 프로펠러의 전방에 설치되고 원의 형태를 가지는 덕트;
   상기 선미로부터 상기 프로펠러 축 중심에서 멀어지는 방향으로 돌출 형성되며, 상기 덕트의 내면 및 상기 덕트의 외면에 돌출되는 적어도 하나 이상의 전류핀; 및
   상기 선미와 상기 덕트의 내면을 연결하는 지지핀을 포함하되,
   상기 전류핀은, 상기 덕트의 축 중심을 기준으로 개수가 좌우 비대칭으로 배치되는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전류핀은,
   상기 덕트의 내면에 위치한 일부분과 상기 덕트의 외면에 위치한 나머지 부분이 하나의 평면 상이 놓이는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 전류핀은,
   상기 덕트의 축 중심을 기준으로 좌현에 배치되는 적어도 하나 이상의 좌현 전류핀과, 상기 덕트의 축 중심을 기준으로 우현에 배치되는 적어도 하나 이상의 우현 전류핀을 포함하며,
   상기 좌현 전류핀과 상기 우현 전류핀은, 개수가 서로 상이한 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 좌현 전류핀은,
   상기 우현 전류핀보다 상대적으로 많은 개수로 구성되는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 좌현 전류핀 중 적어도 어느 하나는, 상기 덕트의 축 중심을 기준으로 상기 우현 전류핀과 좌우 대칭되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 좌현 전류핀은, 리딩 에지가 상방으로 경사진 단면을 가지며,
   상기 우현 전류핀은, 리딩 에지가 하방으로 경사진 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.
7. 삭제
8. 삭제
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 덕트의 상단에 적어도 하나 이상 구비되며 전단에서 후단으로 갈수록 단면적이 증가하는 형태를 갖는 반류 생성 돌기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 반류 생성 돌기는,
    단면이 전단에서 후단으로 갈수록 점차 면적이 증가하는 사각 형태인 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.
11. 제 9 항에 있어서, 상기 반류 생성 돌기는,
    상기 덕트의 상단 중앙 및 상기 상단 중앙으로부터 좌우로 일정 거리 떨어진 지점에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.

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