KR101546678B1 - 선박용 다이렉트 에어 트렁크 - Google Patents

Abstract

선박용 다이렉트 에어 트렁크가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 선박용 다이렉트 에어 트렁크는 선박 메인 엔진의 터보 차저용 다이렉트 에어 트렁크(Directed air trunk)로서, 상기 다이렉트 에어 트렁크는 외부 공기가 유입되는 유입구가 선박의 선미 방향을 향해 개구된 제1 덕트; 및 상기 제1 덕트의 단부에서 메인 엔진의 터보 차저를 향해 연장된 제2 덕트를 포함한다.

Description

선박용 다이렉트 에어 트렁크{Directed air trunk for ship}

본 발명은 터보차저가 설치된 선박 메인 엔진으로 외기를 공급할 때 발생되는 소음 발생을 최소화하기 위한 것으로서, 외기가 유입되는 다이렉트 에어 트렁크의 유입구 위치를 선미 방향으로 배치시켜 흡입 소음을 감소시킨 선박용 다이렉트 에어 트렁크에 관한 것이다.

최근에는 환경, 에너지 관련하여 전 세계적으로 모든 나라에서 이슈가 되고 있으며, 환경 에너지 산업은 21세기에 가장 각광받는 유망산업으로 기대되고 있는 추세이다.

예를 들면, 랭킨 사이클을 이용한 발전시스템의 경우에는 작동유체로 물을 사용하여 고온의 열원에 대해서는 효율적인 작동유체이나, 열원 온도가 중저온(70~400℃)일 경우에는 시스템의 효율이 저하되면서 경제성이 떨어지는 문제점이 있었다.

대형선박은 엔진을 수용하는 별도의 엔진룸(engine room)이 구비된다. 이 엔진룸은 엔진의 연소, 각종 보기류의 냉각 등을 목적으로 외부의 공기를 엔진룸의 내부에 공급하기 위하여 팬(fan)이 설치된다.

이 팬(fan)을 통하여 엔진룸에 공급된 공기는 엔진의 흡입관을 통하여 엔진에 공급되고, 엔진에 공급된 공기는 연소되어 배기가스로 배출되며, 배출되는 배기가스의 일부는 폐열회수시스템을 통하여 재활용되고 나머지는 대

기중으로 방출된다.

또한 상기 엔진은 공기의 공급량이 많으면 많을수록 효율이 향상되므로 공기를 과급시키는 터보차저(turbocharger)가 설치된다. 여기서 상기 터보차저는 엔진룸 팬을 통해 엔진룸에 공급된 공기와 외기유입 덕트를 통하여 유입된 외부의 공기를 혼합하여 엔진에 과급한다.

그러나 엔진룸 팬의 전기소모량 감소 및 엔진의 터보차저 효율을 증대시키기 위하여 외기 유입덕트를 터보차저에 직접 연결시켜 선박 전체의 연료효율을 증가시키는 시스템을 적용하였다. 이 때 엔진룸 외기유입 덕트는 터보차저의 회전에 의해 부압이 발생하므로 대기와의 압력차에 의해서 외기가 터보차저의 내부로 유입된다.

이렇게 사용되는 선박의 터보차저에는 외기가 공급되는 덕트 형태의 다이렉트 에어 크렁크가 설치되며, 상기 다이렉트 에어 트렁크는 외기 유입을 위해 형성된 개구부를 통해 다량의 외기가 유입되어 상기 터보차저로 공급된다.

상기 다이렉트 에어 트렁크의 개구부는 개구된 위치가 선실 거주구를 향하도록 배치되어 있어서, 터보차저가 고속으로 작동될 경우 상당량의 소음이 상기 선실거주구로 전달되어 설계 기준치를 오버하는 경우가 발생되어 이에 대한 대책이 필요하게 되었다.

대한민국 공개특허공보 제10-2012-0133305호 (공개일: 2012년12월10일)

본 발명의 실시 예들은 선박의 메인 엔진에 설치된 터보 차저로 외기가 유입되는 다이렉트 에어 트렁크의 유입구 위치를 선미로 배치시켜 외기 유입으로 인한 소음 기준치를 만족시키고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선박 메인 엔진의 터보 차저용 다이렉트 에어 트렁크(Directed air trunk)로서, 상기 다이렉트 에어 트렁크는 외부 공기가 유입되는 유입구가 선박의 선미 방향을 향해 개구된 제1 덕트; 및 상기 제1 덕트의 단부에서 메인 엔진의 터보 차저를 향해 연장된 제2 덕트를 포함한다.

상기 다이렉트 에어 트렁크는 상기 제1,2 덕트 내부를 따라 설치되고 상기 유입구를 통해 터보 차저로 이동되는 외부 공기의 흡입 소음을 감소시키기 위한 인슐레이터(insulator)를 포함한다.

상기 다이렉트 에어 트렁크는 상기 유입구를 통해 이동되는 외부 공기의 소음을 감쇠시키기 위한 베플 유닛을 포함한다.

상기 베플 유닛은 상기 제1 덕트의 길이 방향 중앙에 위치된 것을 특징으로 한다.

상기 제2 덕트는 상기 터보 차저를 향해 분기된 분기 덕트를 포함하고, 상기 분기 덕트에 보조 베플 유닛이 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 베플유닛은 다수개의 단위 베플이 설치되는 프레임; 상기 프레임의 외측으로 연장되고 상기 제1 덕트에 고정되는 지지부재를 포함한다.

상기 베플유닛은 외형을 이루는 베플 케이싱; 상기 베플 케이싱에 설치되고 다수개가 개구되어 외부 공기가 경유하면서 고주파 소음이 감소되는 베플판을 포함한다.

상기 베플 유닛은 상기 제1 덕트 내부에 다수개가 일정 간격으로 이격된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예들은 선박의 터보차저로 유입되는 외기 유입에 따른 소음을 상대적으로 감소시켜 선실 거주구로 전달되는 소음을 최소화하여 설계 기준치를 만족시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 선박용 다이렉트 에어 트렁크를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 선박용 다이렉트 에어 트렁크의 측면도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 선박용 다이렉트 에어 트렁크의 베플유닛을 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 선박용 다이렉트 에어 트렁크의 베플유닛을 도시한 정면도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 선박용 다이렉트 에어 트렁크의 작동 상태도.

본 발명의 일 실시 예에 따른 선박용 다이렉트 에어 트렁크의 구성에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 의한 선박용 다이렉트 에어 트렁크(1)는 제1 덕트(100)와 제2 덕트(200)의 조합으로 이루어지고, 상기 제1 덕트(100)는 외부 공기가 유입되는 유입구(102)가 선박의 선미 방향을 향해 개구되고, 제2 덕트(200)는 상기 제1 덕트(100)의 후단과 연결되어 메인 엔진(미도시)에 설치된 터보 차저(미도시)를 향해 소정의 길이를 가지고 연장된다.

제1 덕트(100)는 유입구(102)가 개구되어 다량의 외기가 내부로 유입되며, 터보 차저의 흡입 압력에 의해 상당량의 외기가 빠르게 유입구(102)를 통해 유입된 후에 화살표로 도시된 바와같이 제1 덕트(100)와 제2 덕트(200)를 경유하여 이동이 이루어지고, 상기 외기가 외동되는 과정에서 저주파와 고주파 소음이 동시에 발생된다.

외기 유입에 따른 소음 발생의 주된 원인은 상기 터보 차저가 10,000 ~20,000rpm 사이에서 작동되면서 상기 다이렉트 에어 트렁크(1)를 통해 외기가 유입되면서 상당량의 유입 소음이 발생되며, 상기 유입 소음은 전술한 바와 같이 저주파와 고주파가 혼합된 혼합 소음이 발생된다.

본 실시 예에서는 제1 덕트(100)에 형성된 유입구(102)의 개구된 위치를 선박에 구비된 선실 거주구 또는 브릿지 윙(Bridge wing) 및 수영장을 향하지 않고 선미를 향하도록 함으로써 법적으로 요구되는 소음 규정치를 만족함과 동시에 후술할 인슐레이터(300)와 베플유닛(400)을 함께 설치하여 외기 유입에 따른 소음을 최소화할 수 있다.

본 실시 예에 의한 제1,2 덕트(100,200)는 내부 전 구간에 인슐레이터(insulator)(300)가 설치되고 상기 인슐레이터(300)는50mm 전후의 두께를 갖고 설치된다. 인슐레이터(300)는 스펀지 또는 폼류가 사용되며, 다른 재질이 사용되는 것도 가능하며 특정 구간에 이중으로 인슐레이터가 설치되는 것도 가능함을 밝혀둔다.

제1 덕트(100)는 길이 방향 중앙 위치에 베플유닛(400)이 설치되고, 상기 베플유닛(400)은 다수개의 단위 베플(400a)이 설치되는 프레임(402)과, 상기 프레임(402)의 외측으로 연장되고 상기 제1 덕트(100)에 고정되는 지지부재(404)를 포함한다.

상기 프레임(402)은 가로 및 세로 방향으로 다수개의 단위 배플(400a)이 설치되기 위해 도면에 도시된 형태로 구성되나, 상기 형태 및 배열 순서로 반드시 한정하지 않고 변경될 수 있음을 밝혀둔다.

본 실시 예에 의한 베플유닛(400)이 제1 덕트(100)의 길이 방향 중앙에 설치되는 이유는 상기 위치가 터보 차저가 작동되면서 외기가 흡입될 때 발생되는 최고 소음 발생 위치에 해당되므로 상기 위치에서 발생되는 고주파 소음을 저감시켜 상기 유입구(102) 외측으로 확산되는 흡기 소음을 최소화한다.

지지부재(404)는 제1 덕트(100)의 내측에 용접을 통해 고정되고 외기의 빠른 이동에 따른 변형이 발생되지 않도록 별도의 가이드 부재(미도시)가 설치되는 것도 가능함을 밝혀둔다.

베플유닛(400)은 외형을 이루는 베플 케이싱(410)과, 상기 베플 케이싱(410)에 설치되고 다수개가 개구되어 외부 공기가 경유하면서 고주파 소음이 감소되는 베플판(420)을 포함한다.

상기 베플 케이싱(410)은 프레임(402)에 설치되도록 직육면체 형태로 이루어지며 베플판(420)이 내측에 고정되며, 상기 베플판(420)을 통해 고주파 소음이 감소된다. 상기 베플판(420)은 소정의 크기로 개구된 베플홀이 다수개가 개구되어 있으며 상기 베플공을 경유하여 외기가 유동하면서 고주파 소음이 감소된다.

베플유닛(400)은 상기 제1 덕트 내부에 다수개가 일정 간격으로 이격되어 설치되며, 이 경우 어느 하나의 베플유닛을 경유한 외기가 인접한 다른 하나의 베플유닛을 경유하여 반복적으로 통과하면서 흡기 소음이 감소된다.

참고로 본 실시 예에 의한 베플유닛(400)은 제1 덕트(100)의 길이 방향을 기준으로 횡 방향으로 일정 간격 이격되어 배치된다.

본 실시 예에 의한 제2 덕트(200)는 상기 터보 차저를 향해 분기된 분기 덕트(202)를 포함하고, 상기 분기 덕트(202)에 보조 베플 유닛(204)이 설치된다.

상기 분기 덕트(202)는 N개가 설치되며, 상기 보조 베플 유닛(204)은 전술한 베플유닛(400)에 비해 상대적으로 개수가 적게 설치되어 외기 유입에 따른 소음을 감소시키는데 사용되며, 상기 보조 베플 유닛(204)의 구성은 전술한 베플유닛(400)의 구성과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 일 실시 예에 의한 선박용 다이렉트 에어 트렁크의 작동 상태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 도 1 또는 도 5를 참조하면, 선박에 설치된 메인 엔진(미도시) 작동되어 이동이 이루어짐과 동시에 터보 차저로는 다량의 외기가 다이렉트 에어 트렁크(1)의 제1 덕트(100)에 형성된 유입구(102)를 통해 흡입된다.

터보 차저는 20,000rpm전후의 고속상태로 작동되며, 이 경우 유입구(102)를 통해 유입된 외기는 상당히 빠른 유속을 가지고 상기 제1 덕트(100)와 제2 덕트(200)를 경유하여 터보 차저로 유입되고, 이 경우 상기 유입구(102)를 통해 유입되는 외기의 흡입 소음이 발생된다.

상기 흡입 소음은 제1,2 덕트(100,200)의 내측에 설치된 인슐레이터(300)를 향해 외기가 이동될 때 일부의 소음이 감소되고, 베플유닛(400)을 경유하면서 흡입시 발생되는 고주파 소음이 최소화되어 상기 유입구(102)의 외측으로 확산되는 흡입 소음이 기준치 보다 낮은 상태로 확산되어 선박에 설치된 선실 거주구(미도시) 또는 브릿지 윙을 향해 최소한으로 확산된다.

베플유닛(400)은 외기가 다수개의 베플판(420)을 랜덤으로 경유하면서 소음이 최소화된 후에 제2 덕트(200)를 따라 분기 덕트(202)를 경유하여 터보 차저로 이동되며, 상기 분기 덕트(202)에 설치된 보조 베플 유닛(204)을 한번 더 경유하면서 고주파 소음이 감소된다.

따라서 터보 차저가 고속으로 작동되는 경우에도 유입구(102) 외측으로 흡입 소음이 확산되는 정도가 감소된 상태로 작동이 이루어진다.

이상, 본 발명의 일 실시 예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

1 : 다이렉트 에어 트렁크
100 : 제1 덕트
102 : 유입구
200 : 제2 덕트
204 : 보조 베플 유닛
300 : 인슐레이터
400 : 베플유닛
400a : 단위 베플 유닛
402 : 프레임
404 : 지지부재

Claims (8)

1. 선박 메인 엔진의 터보 차저용 다이렉트 에어 트렁크(Directed air trunk)로서,
   상기 다이렉트 에어 트렁크는,
   외부 공기가 유입되는 유입구가 선박의 선미 방향을 향해 개구된 제1 덕트; 및
   상기 제1 덕트의 단부에서 메인 엔진의 터보 차저를 향해 연장된 제2 덕트를 포함하고,
   상기 다이렉트 에어 트렁크는,
   상기 제1,2 덕트 내부를 따라 설치되고 상기 유입구를 통해 터보 차저로 이동되는 외부 공기의 흡입 소음을 감소시키기 위한 인슐레이터(insulator)를 포함하고,
   상기 다이렉트 에어 트렁크는,
   상기 유입구를 통해 이동되는 외부 공기의 소음을 감쇠시키기 위한 베플 유닛을 포함하고,
   상기 베플 유닛은,
   상기 제1 덕트 중 터보 차저가 작동되면서 외기가 흡입될 때 발생되는 최고 소음 발생 위치인 길이 방향 중앙에 위치되고,
   상기 제2 덕트는,
   상기 터보 차저를 향해 분기된 분기 덕트를 포함하고, 상기 분기 덕트에 보조 베플 유닛이 설치되고,
   상기 베플유닛은,
   내부가 비어있는 직각사각형의 외부프레임 및 상기 외부프레임의 내부에 가로 및 세로로 이격하여 복수개로 형성되는 내부프레임이 구성되어 복수개의 직각사각형의 공간이 마련되어 상기 공간에 다수개의 단위 베플이 탈착 가능하게 설치되는 프레임;
   상기 프레임의 외측으로 연장되어 상기 제1 덕트에 고정되는 지지부재를 포함하고,
   상기 단위 베플은,
   상기 내부프레임에 탈착가능하게 형성되고, 직사각형의 프레임형상으로 외형을 이루는 베플 케이싱; 및
   상기 베플 케이싱에 설치되고 다수개가 개구되어 외부 공기가 경유하면서 고주파 소음이 감소되는 베플판을 포함하고,
   상기 베플 유닛은,
   상기 베플판이 이루는 면의 노멀 벡터(normal vector)의 방향이 상기 제 1덕트의 길이 방향과 동일하도록 배치되어, 상기 제1 덕트 내부에 상기 제 1 덕트의 길이방향과 평행하게 배치되되, 각각이 일정 간격으로 이격되어 복수개로 형성되어, 상기 각 베플 유닛간에 상기 외부 공기가 충돌 및 경유하여 흡기 소음을 감소시키는 것을 특징으로 하는 선박용 다이렉트 에어 트렁크.
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