KR101734586B1 - 선박용 배기장치 - Google Patents

Abstract

선박용 배기장치는 선박의 선체상에 지지된 한 조의 배기 파이프 또는 이와 유사체로 이루어진다. 각 배기 파이프 또는 이와 유사체(1~6)는, 상기 선박의 선체 (11) 상에 고정 지지되고 배기 가스원에 연결되는 개별적인 하부부재(1b~6b)와, 상기 하부부재(1b~6b)에 대하여 슬라이딩 가능하고, 가장 바람직하게는 부분적으로 상기 하부부재 위를 덮도록 장착되는 상기 상부부재(1a~6a)로 이루어진다. 상기 배기 파이프들 또는 이와 유사체(1~6)는 배기 파이프 그룹에 장착되되, 상기 배기 파이프들 또는 이와 유사체의 상부부재(1a~6a)가 트랜스밋션 수단(8,9,10)을 갖춘 배기 파이프 그룹의 개별적인 몸체부(7) 상에 지지됨으로써, 상기 배기 파이프들 또는 이와 유사체의 상부부재(1a~6a)가 상기 하부부재(1b~6b)에 대하여 이동된다.

Description

선박용 배기장치{FUNNEL ARRANGEMENT FOR A WATERCRAFT}

본 발명은 청구항 1의 서두에 기재된 바와 같은 선박의 배기장치에 관한 것으로, 선박의 선체(hull)에 지지된 한 조의 배기 파이프 또는 이와 유사체로 이루어진다.

주엔진과 보조엔진, 소각로, 및 기타 버너나 보일러들과 같은 선박 기계는 배기 가스 또는 다른 폐가스를 발생시킨다. 이들은 통상적으로, 상기 발생원들로부터 복수의 개별적인 배기 파이프들 또는 이와 유사한 배기 덕트들을 통해 개별 굴뚝으로 보내어진다. 여기에서는, 이러한 모두를 배기 파이프로 한다. 상기 배기 가스들의 상단이 충분히 높은 위치에 위치하는 것은 선박 주위의 공기 흐름에 의해 배기 가스들이 멀리 날아가도록 하기 위함이다. 난류 경계층과, 이른바 비교란 기류(undisturbed airflow) 사이의 높이 수준은 실험적 평가나 풍동시험(wind-tunnel test)등에 의해 정해진다. 배기 파이프들은 가능한 한 그 수준보다 높게 연장되어야 한다. 여객선, 특히 대형 크루즈선에서는, 승객이 외갑판을 차지하는 경우를 고려하여, 검댕과 냄새와 같은 배기 가스들의 유해한 영향이 최소화되도록 하는 것이 중요하다. 통상적으로 배기 파이프들은 승객에 의해 점유되는 실질적인 갑판 상부구조 및 최상위 갑판보다 현저히 높게 뻗어있다. 선박의 규모가 크면, 배기 가스의 연도(flue)가 수면보다 높아야면 상술한 조건을 만족시킬 수 있다.

수많은 해로, 해협, 및 항만영역에는, 교각, 전력선, 가공삭도(aerial cableway) 또는 이와 유사한 구조물들로 인해 선박의 통과높이가 제한된다. 특히 여객선은, 대부분의 경우, 배기 파이프가 배의 최고 지점에 위치하는데, 이는, 통과높이 제한이 선박의 대형화 고층화에 제약을 줌을 의미한다.

안전상의 이유에서 선박기계의 작동이 방해를 받아서는 안되기 때문에, 힌지식 또는 착탈가능한 배기 파이프와 같은 장치들은 적절하지 않다. 가장 일반적인 해결방안은 통과높이의 제한을 고려하여 특정된 최대높이에 따라 배기 파이프를 설계하는 것이다. 이것의 공통 귀결사항은, 다른 측면에서는 바람직하여도, 선박이 더 작아지거나 및/또는 더 낮아진다는 것이다. 대개의 경우, 상술한, 배기 파이프들이 경계층을 지나 연장되어야 하는 요구사항과 관련해서 절충안도 강구되고 있다. 이 경우에 교란 방식으로 인해, 승객은 갑판영역에 매연이 축적되는 점을 감내해야 한다.

상술한 배기 가스의 교란 경계층 위로의 이동은 다양한 수단에 의해 행해진다. 그 중 한 방법은, 배기 가스 유동을 교축(throttling)시킴으로써 배기 파이프내에서의 가스 유동율을 증가시키는 것인데, 그러나, 이것은 엔진 작동을 저해시킨다. 또한, 유동 공기에 의해 배기 가스의 유동이 유지되는 수단, 예컨대 다양한 종류의 공기 편향기(air deflector)를 이용하거나 또는 배기 가스와 동시에 통풍 배공기로 이동시키는 수단도 설치될 수 있다. 이들 수단은 이미 사용되고는 있으나, 그 효과는 한정적이다.

군함에서는 주로 수중에서 배기 가스의 이동이 이루어지는데; 그렇지만 이는 이른바 배기 부압(back-pressure)을 증가시키므로 엔진공학적으로 많은 불이익을 초래한다.

굴뚝 및/또는 굴뚝에 내장된 배기 파이프들을 분해 및 재조립하는 일회 작업시에 배기 가스를 발생시키는 기계 및 장치도 정지시켜야 하지만, 안전상의 이유로 실행하기 용이하지 않고, 거의 불가능하다.

굴뚝 또는 배기 파이프는 힌지 기구를 이용하여 접기식으로 할 수 있는데, 여기에는 많은 공간과 대형 접기 기구를 필요로 한다. 또한 이 경우에, 배기 가스를 발생시키는 기계 및 장치는 정지시켜야 하지만, 안전상의 이유로 실행은 거의 불가능하다. 또한, 대형 여객선의 배기 파이프들은 그에 상응하여 크고 무겁기 때문에, 장치의 스케일도 고려되어야 한다.

본 발명의 목적은, 상술한 종래 기술의 문제점을 최소화할 수 있는 선박이나 그외 해상이동체를 위한 굴뚝 솔루션을 제공하는 것이다. 본 발명의 특별한 목적은, 선박의 기계 및 장치를 정지시킬 필요없이, 상황에 따라 신속하고 용이하게 선박의 통과 제한의 요구를 만족시키는, 대형 선박에 적용가능한 굴뚝 솔루션을 제공하는 것이다.

이러한 목적는 청구항 1 및 그외 청구항에 더 상세하게 나타난 방식에 의해 달성된다.

본 발명의 기본 개념에 의하면, 배기 파이프들은 하나의 공통의 서브 프레임에 장착됨으로써, 기계적으로 평행 방향으로 이동하는 그룹을 이루며, 서브 프레임상에 장착된 배기 파이프들 각각 슬라이딩 되도록 한다. 본 발명에 의하면, 각 배기 파이프 또는 이와 유사체는 선박의 선체 상에 고정 지지되고 배기 가스원 (source of exhaust gas)에 연결되는 개별적인 하부부재(lower part)와, 상기 하부부재에 대하여 슬라이딩 방식으로 장착되고, 가장 바람직하게는 부분적으로 상기 하부부재 위를 덮도록 하여 장착되는 상부부재로 이루어지고, 상기 배기 파이프들 또는 이와 유사체는 배기 파이프 그룹에 장착되되, 상기 배기 파이프들 또는 이와 유사체의 상부부재가 트랜스밋션 수단(transmission means)을 갖는, 상기 배기 파이프 그룹의 몸체부에 지지되도록 장착됨으로써, 상기 배기 파이프들 또는 이와 유사체의 상부부재가 상기 하부부재에 대하여 이동하게 된다.

본 발명은, 기계 및 장치의 작동 중에 가스 유동을 방해하지 않고, 배기 파이프 및 폐가스 덕트 조립체의 높이 및 선박의 통과여유(overhead clearance)를 조절할 수 있다. 본 장치는 추가 공간이 많이 필요치 않고, 또한 신속하고 용이한 높이 변경이 가능하다는 이점이 포함되는데, 특히 이러한 작동이 승객의 주위를 끌지 않고, 종래 기술에 비해 작동의 안전성이 향상된다.

바람직한 일 실시 형태에서, 상기 배기 파이프 그룹은 쌍을 이루며 상호 지지된 상부부재들을 갖는 한 조의 배기 파이프로 이루어지고, 이들 배기 파이프 쌍들은 열을 이루도록 장착된다. 이 실시 형태에서, 바람직하게는 상기 배기 파이프 그룹의 몸체부가 상기 배기 파이프 쌍들의 배기 파이프 사이에 장착된다. 상기 몸체부는 선박의 선체 상에 설치된 지지 프레임 및 이 지지 프레임에 이동가능하게 지지된 서브 프레임을 포함하며, 지지 프레임과 서브 프레임은 교대로 배기 파이프들 또는 이와 유사체의 상부 부재들을 지지한다. 이로써 구조적인 설계의 측면에서 안정적이고 컴팩트한 가동 독립체(entity)가 형성된다.

바람직하게는, 상기 트랜드밋션 수단은, 상기 배기 파이프 그룹의 서브 프레임 상에 지지된 기어 랙(gear rack)과, 이 기어랙으로의 동력 전달을 위한 장치로 이루어짐으로써, 이 동력 전달을 위한 장치가 상기 파이프들의 길이방향으로 이동하게 된다.

상기 배기 파이프 그룹의 배기 파이프들은 선박의 선체에 대해 비스듬한 경사각을 이루며 장착된다. 이에 대응하여, 상기 배기 파이프 그룹의 몸체부는 주로 마름모형 평행사변형상을 갖는다. 이것은 특히 대기 저항에 대한 바람직한 해결책으로 된다.

바람직한 일 실시 형태에서, 슬라이드 레일(slide rail)을 갖는 가이드 슬리브(guide sleeve)가 배기 파이프의 하부부재 내에 장착됨으로써, 상기 상부부재 상에서 하부부재가 지지되게 된다. 가이드 슬리브의 슬라이드 레일들은 베어링 청동 (bearing bronze)과 같은 낮은 마찰계수와 열적 팽창 계수를 갖는 소재로 형성된다. 상기 가이드 슬리브는 마모의 가능성이 있으므로 교체가능하도록 함이 바람직하다.

안전성을 고려하여, 상기 배기 파이프의 상기 하부부재는 열적으로 단열됨이 바람직하다.

바람직하게는, 상기 배기 파이프의 상기 하부부재 및 상부부재는 내산화 강 (acid-proof steel)으로 제조된다.

상기 배기 파이프의 상기 상부부재의 하부 끝단(lower end)에, 집수(集水)를 위해 워터 거터(water gutter) 또는 이와 유사체 및 적어도 하나의 출구 구멍이 형성된다. 아울러, 상기 배기 파이프의 상기 상부부재의 하부 끝단에, 플랜지 (flange) 또는 이와 유사체가 형성됨으로써, 상기 배기 파이프의 상부부재가 최상의 위치에 있을 때, 칼라(collar)와 실질적으로 기밀한 연결(gas-tight connection)을 형성하도록 한다.

도 1은 본 발명에 의한 선체 배기 파이프 장치의 개략적인 원리도면을 나타낸다.
도 2a는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 단면에 대응하여 본 발명에 의한 배기 파이프 장치를 도시한 것이다.
도 2b는 도 2a의 실시 형태의 배기 파이프 장치가 낮추어진 위치에 있는 것을 도시한 것이다.
도 3a는 도 2a의 Ⅲa-Ⅲa선 단면을 도시한 것이다.
도 3b는 도 2b의 Ⅲb-Ⅲb선 단면을 도시한 것이다.
도 4는 도 1의 Ⅳ포인트에 대한 부분 확대도이다.
도 5는 도 1의 Ⅴ포인트에 대한 부분 확대도이다.
도 6은 도 1의 Ⅵ포인트의 단면을 도시한 것이다.
도 7은 도 6의 Ⅶ-Ⅶ선 단면을 도시한 것이다.
도 8은 도 3a의 Ⅷ-Ⅷ선 단면을 도시한 것이다.
도 9는 도 3a의 Ⅸ-Ⅸ에 대한 부분 확대도이다.

이하에서는 본 발명이 첨부한 개요 도면을 참조하여 실시예를 통해 설명된다.

도면에 도시된 바와 같이, 배기 파이프(1~6)은 배기 파이프 그룹 안에 장착된다. 각 배기 파이프는 두 개의 부분체으로 이루어졌는데, 배기 파이프들의 상부부재(1a~6a)는, 하부부재(1b~6b) 위에 장착되어, 길이방향으로 늘어나고 줄어드는 망원경식으로 하부부재에 대해 이동 가능하다. 이로써, 필요에 따라 배기 파이프들의 높이가 변경가능하게 된다. 상기 배기 파이프들의 상기 하부부재(1b~6b)는 선박의 선체(11)에 부착되고, 종래 기술로부터 알려진 방법으로 선박에 탑재된 배기 가스 또는 유사 폐가스의 배출원부(source)에 연결된다(도시 생략).

배기 파이프 그룹은, 상기 배기 파이프들의 상기 상부부재(1a 내지 6a)가 지지부재(1c 및 1d)를 이용하여 몸체부(7)에 속하는 서브 프레임(7a)상에서 지지되도록, 개별적인 몸체부(7)에 지지되는 배기 파이프(1~6), 그리고 선박의 선체(11)에 고정된 지지 프레임(7b) 상에 가동 가능하게 지지되는 서브 프레임(7a)으로 이루어진다. 도 2a, 도 2b, 도 3a 및 도 3b로부터 알 수 있는 바와 같이, 몸체부(7)는 또한 추가적인 프레임형 몸체부(7c)를 포함함으로써, 그 하중이나 바람상태 등을 고려한 모든 상황에서 배기 파이프가 충분한 지지되도록 한다.

상기 서브 프레임(7a)은 양단에 기어랙(8)을 구비하며, 상기 기어랙(8)은 적절한 모터(10)에 의해 구동되는 피니언(9)과, 구동력전달이 가능하게 연결된다. 이로써, 상기 서브 프레임(7a)이 지지 프레임(7b)에 대해 이동 가능하게 되고, 또한 굴뚝으로서의 상부부재(1a 내지 6a)가 하부부재(1b 내지 6b)에 대해 이동 가능하게 된다. 이는 도 2a와 2b, 및, 도 3a와 도 3b에 도시된 바와 같다. 자연히, 서브 프레임(7a)의 양 끝단의 이동과 모터의 작동은 상호 동기화됨으로써, 동시적 이동 및 원활한 작동이 이루어진다. 상기 배기 파이프 그룹의 상부부재(1a 내지 6a)와 서브 프레임(7a)으로 이루어지는 가동 독립체는 실제로 매우 하중이 무겁기 때문에, 필요에 따라 상측 위치에서는, 기계적으로 작동하는 스터드 볼트(stud bolt)들 또는 그 유사체와 같은 독립된 잠금부재로 고정될 수 있다(상세 도시 생략).

도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 지지 프레임(7b)은 홈통(trough) 형상으로 형성됨으로써, 배기 파이프 그룹의 높이가 줄어들었을 때 서프프레임(7a)이 지지 프레임(7b) 쪽으로 이동하게 된다. 또한, 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 서브 프레임(7a)은, 구조물에서 비스듬히 삼각형상을 이루며 배치된 보강부재(reinforcement element) 세트를 포함함으로써(도 2a 및 도 2b 참조), 서브 프레임은 구조적으로 충분히 견고한 지지구조를 형성한다.

서브 프레임(7a)의 작동을 위해, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 지지 프레임(7b)은 적절한 슬라이딩 면이 구비된 가이드 부재(12)를 갖는다. 따라서, 배기 파이프의 저부부재는 배기 파이프의 상부부재 상에서 저부부재를 지지하는 가이드 슬리브(도 6 중 6e)를 갖는다. 상기 가이드 슬리브는 바람직하게는 베이링 청동을 소재로 하며, 가이드 슬리브의 교체를 가능하게 하는 부가장치(attachment)가 장착될 수 있다. 실제 배기 파이프는 내산화강이 바람직하며, 이로써 냉각되었을 때 그을림이 쌓이는 것을 방지할 수 있다. 상부부재와 하부부재의 충분한 겹침구간의 확보와 소재 및 적절한 수치선정을 통해 배기 파이프에서의 씰링 효과를 얻는다.

한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 가이드 슬리브(6e)는 슬라이드 레일(13)을 갖는다. 이 경우, 이른바 이젝터 효과(ejector effect)를 활용하여 배기 가스의 누출을 방지할 수 있는데; 이 효과는 조인트에서 신선한 공기를 굴뚝으로 끌어들이게 된다. 배기 파이프로부터 모든 수분을 제거하기 위해, 워터거터 또는 유사체 및 적어도 하나의 출구 파이프가 상기 상부부재에 하부 끝단에 구비된다(상세한 도시 생략). 상기 배기 파이프의 하부부재에는, 도 6에 도시된 바와 같이, 열적 단열부 (thermal insulation, 14)가 구비된다. 이로써, 배기 가스가 고온이어도, 상기 배기 파이프의 하부부재 표면은 그보다 낮은 온도로 유지된다.

도 2a 및 도 2b로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 배기 파이프들은, 배기 가스의 배출원 및 유량, 또는 더 나아가서는 배출되는 폐가스에 따라, 다양한 크기로 형성할 수 있다. 도면상에서 배기 파이프들이 배기 파이프 그룹 내에 쌍을 이루어 설치되는 양상을 나타낸 실시 형태와 같이, 배기 파이프들이 선박의 길이방향으로 설치되고, 상기 배기 파이프 그룹의 몸체부가 배기 파이프의 쌍들 사이에 배치될 수 있기 때문에 공간활용의 측면에서 특히 유리하다. 이처럼 배기 파이프 그룹은 선박의 길이방향을 따라 좌우 대칭을 이루도록 설치될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 바와 같이, 상기 배기 파이프 그룹은 비스듬히 기울어져서 상기 몸체부가 마름모형상의 평행사변형을 형성하도록 할 수 있다. 이는, 배기 파이프가 선박의 선체로부터 위로 곧바로 뻗은 경우에 비해, 특히 공기 저항의 측면에서 바람직한 해결책이 될 수 있다.

본 발명은 상술한 실시 형태에 의해 그 범위가 한정되어서는 안되고, 다양한 변형예도 첨부된 청구범위에 범위내에 수용된다.

Claims (11)

1. 선박의 선체상에 지지된 한 조의 배기 파이프로 이루어지는 선박용 배기장치(exhaust pipe arrangement)로서, 상기 한 조의 배기 파이프(1~6)의 각 배기 파이프는, 상기 선박의 선체(11) 상에 고정 지지되고 배기 가스원(source of exhaust gas)에 연결되는 하부부재(lower part, 1b~6b)와, 상기 하부부재(1b~6b)에 대하여 슬라이딩 방식으로 장착되는 상부부재(upper part, 1a~6a)로 이루어지는, 선박용 배기장치에 있어서,
   상기 한 조의 배기 파이프(1~6)는 배기 파이프 그룹으로 설치되며, 상기 선박용 배기장치는 선박의 선체(11)에 설치된 지지 프레임(7b)과 서브 프레임(7a)을 포함하는 개별적인 배기 파이프 그룹의 몸체부(7)를 포함하며, 상기 배기 파이프의 상부부재(1a~6a)는 상기 지지 프레임(7b)에 이동 가능하게 지지된 서브 프레임(7a)에서 지지되며, 상기 개별적인 배기 파이프 그룹의 몸체부(7)는 서브 프레임(7a)을 이동시키기 위해 트랜스밋션 수단(transmission means, 8,9,10)이 갖춰져 있어, 상기 배기 파이프의 상부부재(1a~6a)가 상기 하부부재(1b~6b)에 대하여 이동하는 것을 특징으로 하는 선박용 배기장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 배기 파이프 그룹은 쌍을 이루어 상호 지지하는 상기 상부부재(1a~6a)를 갖는 한 조의 배기 파이프(1~6)로 이루어지고, 이 배기 파이프 쌍들은 선박의 길이방향으로 열을 이루어 설치되며, 상기 배기 파이프 그룹의 몸체부(7)는 배기 파이프 쌍들의 배기 파이프 사이에 장착되는 것을 특징으로 하는 선박용 배기장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 트랜스밋션 수단(8,9,10)은, 상기 서브 프레임에 지지된 기어랙(8)과, 상기 기어랙으로의 동력 전달을 위한 장치(9, 10)들로 이루어짐으로써, 상기 배기 파이프의 길이방향으로 동력 전달을 위한 장치(9, 10)가 이동하는 것을 특징으로 하는 선박용 배기장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배기 파이프 그룹의 상기 한 조의 배기 파이프(1~6)는 선박의 선체(11)에 대하여 경사지게 배열되고, 상기 배기 파이프 그룹의 몸체부(7)는 마름모형의 평행사변형상을 형성하는 것을 특징으로 하는 선박용 배기장치.
5. 제1항에 있어서, 슬라이드 레일(slide rail, 13)들을 갖춘 가이드 슬리브(guide sleeve, 6e)가 상기 상부부재(6a) 상의 하부부재(6b)를 지지할 목적으로 상기 배기 파이프의 하부부재(6b)에 배치되는 것을 특징으로 하는 선박용 배기장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 가이드 슬리브(6e)는 베어링 청동(bearing bronze)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 선박용 배기장치.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 가이드 슬리브(6e)는 교체 가능한 것을 특징으로 하는 선박용 배기장치.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배기 파이프의 하부부재(6b)는 열적으로 단열(14)되는 것을 특징으로 하는 선박용 배기장치.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배기 파이프의 하부부재(1b~6b) 및 상부부재(1a~6a)는 내산화강(acid-proof steel)으로 된 것을 특징으로 하는 선박용 배기장치
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배기 파이프의 상부부재(1a~6a)의 하부 끝단(end)에 집수(集水)용 워터거터(water gutter) 및 적어도 하나의 출구 구멍(outlet hole)이 구비되는 것을 특징으로 하는 선박용 배기장치.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배기 파이프의 상부부재 (1a~6a)의 하부 끝단에 플랜지가 구비됨으로써, 상기 배기 파이프의 상부부재(1a~6a)가 최상부에 위치할 때 상기 하부부재(1b-6b)에 있는 칼라 (collar)와 기밀한(gas-tight) 연결을 이루는 것을 특징으로 하는 선박용 배기장치.

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