KR101722014B1 - 마찰저항저감장치 - Google Patents

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삼성중공업 주식회사
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Abstract

마찰저항저감장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 마찰저항저감장치는, 복수의 공기배출구가 형성된 선체에 설치되는 마찰저항저감장치로서, 일측에 공기유입구가 형성되고, 상기 복수의 공기배출구를 커버하도록 상기 선체의 내측에 형성되는 챔버; 및 상기 챔버의 내부에 배치되고, 상기 공기유입구를 통해 상기 챔버로 유입되는 공기에 의해 회전하는 회전날개를 포함한다.

Description

마찰저항저감장치{Apparatus for reducing frictional-resistance}
본 발명은 마찰저항저감장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선체의 마찰저항을 저감시키기 위한 마찰저항저감장치다.
운항 중인 선박의 선체에는 물에 의한 마찰저항이 작용한다. 마찰저항은 선체가 물에 잠긴 면적에 비례한다. 선박 특히 대형 선박의 경우, 선체의 선저면이 평평한 형상을 가지며, 이러한 선저면은 물에 잠긴 선체 표면적 중 상당한 부분을 차지한다.
현재, 선저면에 작용하는 마찰저항을 저감시키기 위해, 선저면으로 공기를 배출하여 선저면에 공기층을 형성하는 기술이 개발되고 있다.
현재 개발되고 있는 기술은 선체의 선저부에 설치된 챔버로 공기를 공급하고, 챔버에 공급된 공기가 챔버의 하부에 구비된 다수의 공기분출구를 통해 선저면으로 배출되는 방식을 사용한다. 이때, 챔버에는 공기가 공급되는 공기유입구가 형성된다.
그런데 챔버에 구비된 공기분출구들은 위치에 따라 배출하는 공기의 양이 균일하지 않은 문제가 있다. 예컨대, 공기분출구들은 그 위치가 공기유입구에서 멀어질수록 배출하는 공기의 양이 현저히 감소하는 문제가 있다.
이로 인해, 공기분출구들에서 배출되는 공기에 의한 공기층은 선저면에 균일하게 형성되지 않을 수 있다. 이 경우, 선체의 마찰저항은 효과적으로 저감되기 어렵다.
본 발명의 실시예는, 선저면으로 균일하게 공기를 배출할 수 있는 마찰저항저감장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 공기배출구가 형성된 선체에 설치되는 마찰저항저감장치로서, 일측에 공기유입구가 형성되고, 상기 복수의 공기배출구를 커버하도록 상기 선체의 내측에 형성되는 챔버; 및 상기 챔버의 내부에 배치되고, 상기 공기유입구를 통해 상기 챔버로 유입되는 공기에 의해 회전하는 회전날개를 포함하는 마찰저항저감장치를 제공할 수 있다.
상기 마찰저항저감장치는, 상기 회전날개의 회전축이 상기 공기유입구를 지나는 공기의 유동 방향에 나란하게 형성될 수 있다.
상기 마찰저항저감장치는, 일단부가 상기 챔버의 내측면 또는 상기 공기유입구에 연결된 공기공급라인의 내측면에 대해 지지되는 지지부재를 더 포함하고, 상기 지지부재의 타단부에는 상기 회전날개가 회전 가능하게 결합할 수 있다.
상기 마찰저항저감장치는, 일단부가 상기 챔버의 내측면 또는 상기 공기유입구에 연결된 공기공급라인의 내측면에 대해 회전 가능하게 지지되는 지지부재를 더 포함하고, 상기 지지부재의 타단부에는 상기 회전날개가 고정 결합할 수 있다.
상기 마찰저항저감장치는, 상기 회전날개에 의한 회전에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 챔버 내부에 배치된 회전날개가 챔버로 유입된 공기를 선체 외부로 균일하게 배출시킴으로써, 선체에 대한 마찰저항 저감 효과가 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰저항저감장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 회전날개와 지지부재의 결합구조에 대한 제1변형례이다.
도 3은 도 1의 회전날개와 지지부재의 결합구조에 대한 제2변형례이다.
도 4는 도 3의 AA선에 따른 단면도이다.
도 5는 도 1의 회전날개와 지지부재의 결합구조에 대한 제3변형례이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마찰저항저감장치를 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰저항저감장치를 나타내는 도면이다. 참고로, 도 1에서 볼 때, 선체 외판(11)의 위쪽은 선체 외판(11)의 내측을 나타내고, 선체 외판(11)의 아래쪽은 선체 외판(11)의 외측을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 마찰저항저감장치(100)는 챔버(120) 및 회전날개(140)를 포함한다. 이러한 마찰저항저감장치(100)는 선체(10)가 운항 중일 때, 선체(10) 표면에 공기를 배출하여 공기층을 형성함으로써 선체(10)에 대한 마찰저항을 저감할 수 있다.
본 실시예에 따른 마찰저항저감장치(100)는 선체(10)에 설치된다. 선체에는 공기배출구(15)가 형성된다. 공기배출구(15)는 복수로 제공된다. 예컨대, 복수의 공기배출구(15)는 도 1과 같이 선체(10) 선저부의 선체 외판(11)을 관통하여 형성될 수 있다.
본 실시예에 따른 마찰저항저감장치(100)는 챔버(120)를 포함한다.
챔버(120)는 선체(10)의 내측에 형성된다. 예컨대, 챔버(120)는 도 1과 같이 선체 외판(11)의 내측에 형성될 수 있다. 이 경우, 챔버(120)는 선체 외판(11)에 형성된 공기배출구들(15)을 커버한다.
챔버(120)에는 공기유입구(130)가 형성된다. 예컨대, 공기유입구(130)는 공기배출구들(15)이 형성된 선체 외판(11)에 대향하는 챔버(120)의 측벽에 형성되나, 이에 국한되지 않는다.
공기유입구(130)에는 공기공급원(미도시)이 생성한 공기를 공급하는 공기공급라인(131)이 연결된다. 공기공급라인(131)을 통해 공급되는 공기는 공기유입구(130)를 통해 챔버(120) 내부로 유입된다. 챔버(120)로 유입된 공기는 공기배출구들(15)을 통해 선체(10) 외부로 배출된다.
이때, 선체(10) 외부로 배출된 공기는 선체(10) 표면에 공기층을 형성할 수 있다. 이와 같이 형성된 공기층은 선체(10)에 대한 마찰저항을 저감시킬 수 있다.
본 실시예에 따른 마찰저항저감장치(100)는 회전날개(140)를 포함한다. 회전날개(140)는 챔버(120)의 내부에 배치된다. 회전날개(140)는 공기유입구(130)를 통해 챔버(120)로 유입되는 공기에 의해 회전한다. 다시 말해, 챔버(120)로 유입되는 공기는 회전날개(140)에 부딪히며 회전날개(140)를 회전시킨다. 이 경우, 공기는 챔버(120) 내부에서 효과적으로 퍼질 수 있다.
회전날개(140)에 의해 퍼지는 공기는 챔버(120) 내부에서 균일하게 분포될 수 있다. 이 경우, 챔버(120) 내부의 공기는 공기배출구들(15)을 통하여 선체(10) 외부로 균일하게 배출될 수 있다. 균일하게 배출되는 공기는 선체(10) 표면에 균일한 공기층을 형성할 수 있다. 선체(10) 표면에 균일하게 형성되는 공기층은 선체(10)에 대한 마찰저항 저감 효과를 향상시킬 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 마찰저항저감장치(100)는 챔버(120) 내부에 배치된 회전날개(140)가 챔버(120)로 유입된 공기를 선체(10) 외부로 균일하게 배출시킴으로써, 선체(10)에 대한 마찰저항 저감 효과가 향상될 수 있다.
이와 같은 회전날개(140)는 회전축(C)이 공기유입구(130)를 지나는 공기의 유동 방향에 나란하도록 형성된다. 이 경우, 회전날개(140)는 챔버(120) 내부의 공기유입구(130) 측에 배치될 수 있다.
예컨대, 회전날개(140)의 회전축(C)은 도 1에 도시된 것처럼 공기유입구(130)의 중심을 지난다. 다만 이는 예시에 불과하고, 회전날개(140)의 회전축(C)은 회전날개(140)가 공기유입구(130)를 통해 유입되는 공기에 의해 회전하도록 다양한 위치에 배치될 수 있다.
회전날개(140)는 챔버(120) 내부에서 회전 가능하도록 지지부재(150)를 매개로 지지될 수 있다.
일례로, 지지부재(150)는 도 1과 같이 일단부가 챔버(120)의 내측면에 대해 지지된다. 이 경우, 지지부재(150)의 일단부는 공기배출구들(15)을 커버하고 있는 챔버(120)의 내측면, 즉 공기배출구들(15)이 형성된 선체 외판(11)의 내측면에 고정 결합할 수 있다.
이때, 지지부재(150)의 타단부에는 회전날개(140)가 회전 가능하게 결합할 수 있다. 이 경우, 지지부재(150)의 타단부와 회전날개(140) 사이에는 베어링(151)이 개재될 수 있다. 회전날개(140)는 베어링(151)을 매개로 지지부재(150)에 대해 상대 회전할 수 있다.
한편, 지지부재(150)는 도 1에 도시된 것처럼 샤프트와 같은 형상을 가질 수 있으나, 이는 예시에 불과하고 회전날개(140)가 회전 가능하도록 지지할 수 있는 다양한 형상을 가질 수 있다.
도 2는 도 1의 회전날개와 지지부재의 결합구조에 대한 제1변형례이다.
도 2를 참조하면, 본 변형례에서 지지부재(150)는 일단부가 챔버(120)의 내측면에 대해 회전 가능하게 지지된다. 지지부재(150)의 일단부는 도 2와 같이 공기배출구들(15)을 커버하고 있는 챔버(120)의 내측면, 즉 공기배출구들(15)이 형성된 선체 외판(11)의 내측면에 대해 회전 가능하게 지지될 수 있다.
이 경우, 지지부재(150)의 일단부와 선체 외판(11)의 내측면 사이에는 베어링(151)이 개재될 수 있다. 지지부재(150)는 베어링(151)을 매개로 선체 외판(11)의 내측면에 대해 상대 회전할 수 있다.
이때, 지지부재(150)의 타단부에는 회전날개(140)가 고정 결합할 수 있다. 이 경우, 회전날개(140)가 챔버(120) 내부로 유입되는 공기에 의해 회전할 때, 지지부재(150)는 회전날개(140)와 함께 회전한다.
도 3은 도 1의 회전날개와 지지부재의 결합구조에 대한 제2변형례이다.
도 3을 참조하면, 본 변형례에서 지지부재(150)는 챔버(120) 내부에서 공기유입구(130)에 연결된 공기공급라인(131)의 내부로 연장 형성되고, 일단부가 공기공급라인(131)의 내측면에 대해 지지된다.
예컨대, 공기공급라인(131)의 내측면에는 보조지지부재(152)가 형성되고, 지지부재(150)의 일단부는 보조지지부재(152)에 대해 고정 결합한다. 즉, 지지부재(150)는 보조지지부재(152)를 매개로 공기공급라인(131)의 내측면에 대해 지지된다.
이때, 보조지지부재(152)는 도 4와 같이 회전축(C)을 중심으로 방사상으로 배치될 수 있다. 참고로, 도 4는 도 3의 AA선에 따른 단면도이다. 보조지지부재(152)가 방사상으로 배치되는 경우, 서로 이웃하는 보조지지부재들(152) 사이에는 소정의 공간이 형성된다. 공기공급라인(131)을 이동하는 공기는 보조지지부재들(152)이 형성하는 공간을 통해 챔버(120) 내부로 유입될 수 있다.
한편, 공기공급라인(131)을 통해 챔버(120) 내부로 이동하는 공기는 공기유입구(도 3의 130)를 지나기 전, 지지부재(150)와 보조지지부재(152)의 결합구조에 의해 유속이 감속될 수 있다. 유속이 감소된 공기는 챔버(도 3의 120) 내부에서 보다 효과적으로 퍼질 수 있다.
이때, 챔버(도 3의 120) 내부의 공기는 공기배출구들(도 3의 15)을 통해 선체(도 3의 10) 외부로 보다 균일하게 배출될 수 있다. 이 경우, 선체(도 3의 10) 외부로 배출된 공기는 선체(도 3의 10) 표면에 균일한 공기층을 형성함으로써 선체(도 3의 10)에 대한 마찰저항 저감 효과를 향상시킬 수 있다.
도 3을 참조하면, 지지부재(150)의 타단부에는 회전날개(140)가 회전 가능하게 결합할 수 있다. 이 경우, 지지부재(150)의 타단부와 회전날개(140) 사이에는 베어링(151)이 개재될 수 있다. 회전날개(140)는 베어링(151)을 매개로 지지부재(150)에 대해 상대 회전할 수 있다.
도 5는 도 1의 회전날개와 지지부재의 결합구조에 대한 제3변형례이다.
도 5를 참조하면, 본 변형례에서 지지부재(150)는 일단부가 공기공급라인(131)의 내측면에 대해 회전 가능하게 지지된다. 예컨대, 공기공급라인(131)의 내측면에는 지지부재(150)의 일단부를 지지하는 보조지지부재(152)가 형성되고, 지지부재(150)와 보조지지부재(152) 사이에는 베어링(151)이 개재될 수 있다. 이 경우, 지지부재(150)는 베어링(151)을 매개로 보조지지부재(152)에 대해 상대 회전할 수 있다.
이때, 지지부재(150)의 타단부에는 회전날개(140)가 고정 결합할 수 있다. 이 경우, 회전날개(140)가 챔버(120) 내부로 유입되는 공기에 의해 회전할 때, 지지부재(150)는 회전날개(140)와 함께 회전한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마찰저항저감장치를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 마찰저항저감장치(200)는 챔버(220), 공기유입구(230), 회전날개(240), 회전샤프트(250), 발전기(260)를 포함하고, 복수의 공기배출구(15)가 형성된 선체(10)에 설치된다. 본 실시예의 챔버(220), 공기유입구(230), 회전날개(240)는 앞선 실시예의 챔버(도 1의 120), 공기유입구(도 1의 130), 회전날개(도 1의 140)와 동일하여 설명을 생략한다.
본 실시예에 따른 마찰저항저감장치(200)는 회전샤프트(250)를 포함한다. 회전샤프트(250)는 회전날개(240)를 회전 가능하게 지지하고, 회전날개(240)와 일체로 회전한다. 회전샤프트(250)는 일단부가 공기유입구(230)에 연결된 공급공급라인(231)의 내부에 위치하도록 연장 형성될 수 있고, 타단부가 챔버(220) 내부에서 회전날개(240)와 결합할 수 있다.
예컨대, 공기공급라인(231) 내부로 연장된 회전샤프트(250)는 도 6과 같이 공기공급라인(231)의 내측면에 대해 회전 가능하게 지지된다.
이 경우, 공기공급라인(231)의 내측면에는 보조지지부재(252)가 형성될 수 있고, 보조지지부재(252)는 회전샤프트(250)를 지지한다. 이때, 회전샤프트(250)와 보조지지부재(252) 사이에는 베어링(251)이 개재될 수 있다. 이 경우, 회전샤프트(250)는 베어링(251)을 매개로 보조지지부재(252)에 대해 상대 회전할 수 있다.
본 실시예에 따른 마찰저항저감장치(200)는 발전기(260)를 더 포함한다. 발전기(260)는 회전날개(240)에 의한 회전에너지를 전기에너지로 변환한다.
보다 상세히, 발전기(260)는 챔버(220) 내부에 배치된 회전날개(240)가 발생시키는 회전력에 의해 발전함으로써 선체(10)에 필요한 전기를 생산할 수 있다. 따라서 선체(10)는 선체(10)에 필요한 전기를 생산하기 위한 에너지를 절약할 수 있다.
이를 위해, 회전샤프트(250)는 발전기(260)의 입력샤프트(261)에 연결될 수 있다. 이때, 회전샤프트(250)의 회전축(C)(즉, 회전날개(240)의 회전축)과 입력샤프트(261)의 회전축(I)이 교차하도록 연결될 수 있다. 참고로, 도 6에서는 회전날개(240)의 회전축(C)과 입력샤프트(261)의 회전축(I)이 수직하게 교차한 경우를 예를 들어 설명하고 있으나, 이에 국한되지 않는다.
예컨대, 입력샤프트(261)는 회전날개(240)의 회전축(C)에 수직한 방향으로 공기공급라인(231)의 측부를 관통하여 연장된다. 이때, 입력샤프트(261)가 관통하는 공기공급라인(231)의 관통부분에는 기밀부재(262)가 형성될 수 있다.
이 경우, 회전샤프트(250)의 일단부와 입력샤프트(261)의 일단부는 공기공급라인(231) 내부에서 연결될 수 있다. 이때, 회전샤프트(250)와 입력사프트(261) 사이에는 회전날개(240)의 회전력이 전달되도록 기어부(270)가 개재될 수 있다.
기어부(270)는 베벨기어로 구성될 수 있다. 이 경우, 회전샤프트(250)의 일단부에는 제1베벨기어(271)가 형성되고, 입력샤프트(261)의 일단부에는 제1베벨기어(271)에 맞물리도록 제2베벨기어(272)가 형성된다.
한편, 도시되지 않았지만, 회전사프트와 입력샤프트는 챔버의 형상 및 설치 위치 또는 발전기의 설치 위치 등을 고려하여 다양하게 배치될 수 있다. 이 경우, 회전샤프트는 회전날개의 회전력이 전달 가능하도록 입력샤프트와 다양한 방법으로 연결될 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예들에 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.
10: 선체 11: 선체 외판
15: 공기배출구 100, 200: 마찰저항저감장치
120, 220: 챔버 130, 230: 공기유입구
131, 231: 공기공급라인 140, 240: 회전날개
150: 지지부재 151, 251: 베어링
152, 252: 보조지지부재 250: 회전샤프트
260: 발전기 261: 입력샤프트
262: 기밀부재 270: 기어부
271: 제1베벨기어 272: 제2베벨기어

Claims (5)

  1. 복수의 공기배출구가 형성된 선체에 설치되는 마찰저항저감장치로서,
    일측에 공기유입구가 형성되고, 상기 복수의 공기배출구를 커버하도록 상기 선체의 내측에 형성되는 챔버;
    상기 챔버의 내부에 배치되고, 상기 공기유입구를 통해 상기 챔버로 유입되는 공기에 의해 회전하는 회전날개;
    상기 회전날개에 의한 회전에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기; 및
    상기 회전날개의 회전력을 상기 발전기로 전달하는 전달 수단을 포함하고,
    상기 전달 수단은,
    일단부가 상기 공기유입구에 연결된 공기공급라인의 내부에 위치하도록 연장되고, 그 타단부가 상기 회전날개와 결합되어 일체로 회전하는 회전샤프트;
    상기 공기공급라인의 측부를 관통하여 상기 공기공급라인의 내부로 연장된 상기 발전기의 입력샤프트; 및
    상기 회전샤프트와 상기 입력샤프트 사이에 개재되는 베벨 기어 형태의 기어부를 포함하고,
    상기 공기공급라인을 통해 상기 챔버로 이동하는 공기는 상기 입력샤프트와 상기 기어부와 상기 회전샤프트에 의해 그 유속이 감소되고, 유속이 감소된 공기는 상기 챔버 내부에 배치된 상기 회전날개를 회전시키면서 상기 챔버 내부로 퍼지는, 마찰저항저감장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전날개의 회전축은 상기 공기유입구를 지나는 공기의 유동 방향에 나란하게 형성되는, 마찰저항저감장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
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