KR101825849B1 - Ship Ballast and Propulsion System that Using Ballastwater Flow Based on Axleless Motor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 액슬리스 모터를 활용한 선박 평형수처리 및 추진시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 평형수를 실시간으로 선박 외부 ⇒ 내부 ⇒ 외부로 흐르도록 제어하거나 유입 또는 배출하여 평형수 본래의 목적을 달성하나, 평형수를 실시간 유입 및 배출하기 때문에 오염이 되지 않아서 평형수 처리가 필요치 않으며, 평형수 배출을 위한 방수모터이되, 방수모터 회전자의 회전축(액슬) 공간을 비우고 그 자리에 나선형 스크류를 결합하여, 모터 자체적으로 기체 및 액체이송에 적합하며, 베어링이 미 포함된 상태로 내장된 방수모터를 회전시키도록 하여 기계적 마찰을 줄임으로서 회전 효율성을 높이고, 회전자 외측 원통형 구조를 통하여 선박 프로펠러 캐비테이션 발생을 억제하였으며, 힘이 발생하는 모터 고정자 내부에서 힘을 소비하여 선박 추진효율성이 좋으며, 모터 설치 위치 및 개수, 모터 회전방향에 따라 좌우로 회전 및 전후로 선박 추진이 용이하여 선박 접안시 예인선이 필요치 않토록 고안된 액슬리스 모터를 활용한 선박 평형수처리 및 추진시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a ballast water treatment and propulsion system using an axleless motor, and more particularly, to a ballast water treatment and propulsion system using an axleless motor, more specifically, to control the ballast water flow in the vessel One is a waterproof motor for discharging ballast water because it does not pollute because it inflows and discharges ballast water in real time and discharges ballast water. It is a waterproof motor for discharging ballast water, and a spiral screw It is suitable for gas and liquid conveyance of the motor itself and rotates the built-in water-proof motor without bearings, thereby reducing the mechanical friction, thereby improving the rotation efficiency and causing the propeller cavitation of the ship through the outer cylindrical structure of the rotor And the power is consumed inside the motor stator in which the force is generated, The present invention relates to a ship equilibrium water treatment and propulsion system utilizing an axleless motor designed to avoid the need for a tugboat when the ship is stowed, because the propulsion efficiency is good and the propulsion of the ship is facilitated by rotating the shaft laterally or back and forth depending on the motor installation position and number, .
종래의 선박은 선박의 화물량에 따른 홀수 조절 및 선박 안정성을 위하여 해수를 채우는 밸러스트 탱크가 설치된다. 이때 화물량의 증감에 따라 선박내 유입된 평형수의 양이 달리지며, 필요에 따라 평형수의 보충 및 배출이 요구된다. 그러나 선박 출발시에 한번 유입된 평형수는 선박의 중간 경유지 또는 최종목적지 도착시 평형수를 배출하는데, 이때 밀폐된 밸러스트탱크에 오래도록 방치된 물은 오염되게 된다. 이러한 이유 때문에 국제해사기구 및 미국해안경비대에서는 BWMS(평형수처리시스템) 규정에 근거하여 평형수 배출 시 오염된 평형수를 배출을 규제한다.Conventional ships are equipped with ballast tanks that fill seawater for odd control and ship stability according to the cargo volume of the ship. In this case, as the volume of cargo increases or decreases, the amount of ballast water flowing into the ship will vary, and ballast water needs to be replenished and discharged as necessary. However, the ballast water which is once introduced at the start of the ship discharges the ballast water on the way to the intermediate point of the ship or the final destination, in which the water left in the closed ballast tank is contaminated. For this reason, the International Maritime Organization and the US Coast Guard regulate the discharge of contaminated ballast water in ballast water discharge based on the BWMS (Ballast Water Treatment System) regulations.
이 때, 도 1은 기존의 선박 내 밸러스트 탱크와 평형수를 활용한 선박평형시스템을 나타낸 것이며, 이 도 1을 참조하여 설명하면, 밸러스트 탱크의 내부에서 선박의 평형을 유지하는 물을 평형수라고 부르고, 이 평형수를 배출 또는 유입하여 선박의 평형을 유지한다. 다만, 평형수를 주기적으로 밸러스트 탱크로부터 배출시키고 다시 유입하는 즉, 평형수를 교환하여야 하는데, 그 이유는 탱크 내부에 위치한 평형수를 오랜 시간 활용하게 됨에 따라 발생하는 오염을 방지하기 위한 것으로서, 밸러스트 탱크의 수명을 위해서는 자주 평형수를 갈아주는 것이 좋기 때문이다. 이 때 평형수의 교환은 일반적으로 별도의 모터 및 펌프를 포함하는 배출장치를 통해 이루어지게 된다. 다만, 이 배출장치를 사용하는 방법은 에너지의 소비가 발생하기 마련이므로 밸러스트 탱크의 물을 교환하는 데 있어 보다 경제적인 방법이 고려되고 있다.In this case, FIG. 1 shows a ship equilibrium system using a conventional ballast tank and ballast water. Referring to FIG. 1, the water that maintains the equilibrium of the ship in the ballast tank is called a ballast water And the ballast is maintained by discharging or introducing this ballast water. However, it is necessary to periodically discharge the ballast water from the ballast tank and to re-introduce the ballast water, that is, to replace the ballast water. This is to prevent pollution caused by the long use of the ballast water located in the tank, It is good to change the ballast water often to the life of the tank. At this time, the exchange of the ballast water is generally performed through a discharge device including a separate motor and a pump. However, the method of using this discharge device is considered to be a more economical way of exchanging the water in the ballast tank since the consumption of energy occurs.
또한 기존 프로펠러 방식 선박 추진체의 경우 프로펠러 형상에 따라 캐비테이션 현상이 발생하여 선박 조정안정성 및 추진 효율이 저하되고, 프로펠러 수명이 단축된다. 특히, 선미에 설치된 프로펠러는 프로펠러 회전용 샤프트 및 동력원에 의하여 프로펠러 전면부가 선체에 의해 막히는 현상이 발생되어 추진 효율이 떨어지며, 선체 밖으로 돌출된 프로펠러는 외부 충격에 의해 파손되기 쉬운 구조이고, 선미에 설치된 방향키에 의해 좌우 회전을 하여 회전 반경이 크기 때문에, 용이한 좌우 회전을 위하여 선수에 별도의 프로펠러를 다는 경우가 발생하므로 비용 면이나 효율 면에서 매우 뒤처지는 구조라고 할 수 있다.In addition, in the case of conventional propeller-type ship propulsion, cavitation phenomenon occurs according to the shape of the propeller, so that stability and propulsion efficiency of the ship are lowered, and propeller life is shortened. Particularly, the propeller installed at the stern is blocked by propeller shaft and power source, and propeller efficiency is low due to hull, and the propeller protruding out of hull is easily damaged by external impact. Since the turning radius is large due to the rotation of the direction key, a separate propeller is attached to the player for easy left and right rotation. Therefore, it can be said that the structure lags behind in terms of cost and efficiency.
이러한 점을 극복하기 위해, 다음의 평형수를 활용하는 개량된 방법 및 구조가 국내에 출원되었다.To overcome this, improved methods and structures utilizing the following equilibrium have been filed in Korea.
국내 등록 특허 제 1344687호에 따르면 이중 반전 추진 효과를 유도하도록 선체의 선미에 적어도 하나 이상의 분사노즐을 설치하되, 상기 분사노즐은 추진기의 회전방향 반대쪽으로 추진기의 표면을 향해 물을 분사하도록 설치된 것을 특징으로 하는 수중 물 분사 연료저감용 펌프시스템에 관한 것으로서, 추진기를 향한 유체 가속을 이중 반전 추진(Contra Rotating Propeller) 효과를 간단한 구조로 유도하여 캐비테이션 발생 억제, 추진효율 향상, 진동 극소화를 달성하고, 선체 외판에 별도의 부착물이 없기 때문에 추가적인 선체저항 증가가 없으며, 부가물 파손에 따른 추진기 또는 축계 계통의 2차 손상도 근본적으로 예방하는 효과를 얻을 수 있으나, 추진기의 방향 및 속도 제어가 필요한 경우, 본 발명에 따른 분사노즐은 물을 일방으로만 분사시키기 때문에 활용하기 어려우며, 이에 따라 단순 전진용도 이외의 선박의 회전운행 보조나 예인과정에 활용되기는 어렵다는 문제가 있어 구조적인 개량의 여지를 보인다. According to Korean Patent No. 1344687, at least one injection nozzle is installed at the stern of the hull to induce a double inversion propulsion effect, and the injection nozzle is installed to spray water toward the surface of the propeller in a direction opposite to the rotation direction of the propeller (EN) The present invention relates to a pump system for reducing water injection fuel, and more particularly, to a pump system for reducing water injection fuel, which is capable of suppressing cavitation generation, improving propulsion efficiency, and minimizing vibration by inducing a fluid acceleration toward a propeller by a simple structure of a double reversing propeller Since there is no additional attachment on the shell plating, there is no additional increase in hull resistance, and secondary damage of the propeller or shafting system due to adherend failure is fundamentally prevented. However, if direction and speed control of the propeller are required, Since the injection nozzle according to the invention injects water only in one direction It is difficult to utilize, it is thus difficult to utilize Although the rotation driving assistance or towing vessel other than a simple process of advancing issues Application seems no structural improvement.
또한, 국내 등록 특허 제 0463007호는 물에서 배가 전방으로 움직일 때 배에 작용하는 수압이 교환될 밸러스트 물의 수압보다 더 높은 배의 일부에 설치된 물 유입구(11), 밸러스트 탱크 내의 물 배출구(14) 및 밸러스트 탱크 내의 밸러스트 물보다 더 높은 압력으로 물을 밸러스트 탱크 내로 유입시키기 위해 상기 물 유입구(11)와 상기 밸러스트 탱크(6) 사이에 연장된 물 유입 통로(12)를 포함하는 배(5)의 밸러스트 탱크(6) 내의 밸러스트 물을 자동으로 교환하는 시스템. 이런 방식에서 밸러스트 물은 상기 배출구(14)를 통하여 밸러스트 탱크에서 배출되어 유입구(11)를 통해 유입된 물로 교환된다. 또한 배의 밸러스트 탱크 내의 밸러스트 물을 교환하는 방법이 기재되어 있으나, 이 기술에 의하면 단순히 물을 자동으로 교환할 수 있도록 하는 방법으로서, 물을 배출하는 데 있어 단순 압력차만을 사용하기 때문에 배출 시 캐비테이션 현상에 의한 소음발생 및 교환 효율이 떨어진다는 문제점이 있다. In addition, Korean Patent No. 0463007 discloses a water inlet 11, a water outlet 14 in the ballast tank, and a water outlet 14 provided in a part of a ship where the water pressure acting on the ship when the ship moves forward from the water is higher than the water pressure of the ballast water to be exchanged. (5) comprising a water inlet passage (12) extending between the water inlet (11) and the ballast tank (6) for introducing water into the ballast tank at a pressure higher than the ballast water in the ballast tank A system for automatically exchanging ballast water within a tank (6). In this manner, the ballast water is discharged from the ballast tank through the outlet 14 and exchanged for water introduced through the inlet 11. In addition, although a method of exchanging ballast water in a ballast tank of a ship is described, according to this technique, as a method of simply allowing water to be automatically exchanged, cavitation There is a problem that noise is generated due to development and exchange efficiency is low.
따라서 평형수를 실시간 유입 및 배출하기 때문에 오염이 되지 않아서 평형수 처리가 필요치 않으며, 평형수 배출을 위한 방수모터이되, 방수모터 회전자의 회전축(액슬) 공간을 비우고 그 자리에 나선형 스크류를 결합하여, 모터 자체적으로 기체 및 액체이송에 적합하며, 베어링이 미 포함된 상태로 내장된 방수모터를 회전시키도록 하여 기계적 마찰을 줄임으로서 회전 효율성을 높이고, 회전자 외측 원통형 구조를 통하여 선박 프로펠러 캐비테이션 발생을 억제하였으며, 힘이 발생하는 모터 고정자 내부에서 힘을 소비하여 선박 추진효율성이 좋으며, 모터 설치 위치 및 회전방향에 따라 좌우로 회전 및 전후로 선박 추진이 용이하여 선박 접안시 예인선이 필요치 않토록 고안된 액슬리스 모터를 활용한 선박 평형수처리 및 추진시스템을 개발할 필요성이 대두된다.Therefore, since the ballast water flows in and out in real time, it does not pollute and it does not require ballast water treatment. It is a waterproof motor for discharging the ballast water. The water shaft of the waterproof motor rotor is emptied and a helical screw , The motor itself is suitable for gas and liquid transfer, and the built-in water-proof motor is rotated without bearings to reduce the mechanical friction, thereby improving the rotation efficiency and the cavitation of the ship propeller through the rotor outer cylindrical structure. It is designed to prevent the need for a tug at the ship's berthing due to the ease of ship propulsion efficiency due to the power inside the motor stator generating the force, Pilot to develop equipments for ballast water treatment and propulsion system using motor The property is emerging.
추가적으로, 본 발명에서 언급되는 액슬리스 모터란 본 발명을 통해 최초로 사용된 개념으로 일반적인 모터는 회전자 회전축을 중심으로 회전하는데, 액슬리스 모터는 모터 회전자의 회전축(액슬) 공간을 비우고 그 자리에 나선형 스크류를 결합하여 모터 자체에서 유체이동이 가능토록 고안된 것이다.In addition, the axleless motor referred to in the present invention is a concept originally used through the present invention. In general, a motor rotates around a rotor rotational axis, and the axleless motor empties the axle space of the motor rotor, It is designed to allow fluid movement from the motor itself by combining spiral screws.
본 발명은 상기 기술의 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 선박 내부에 장시간 보관된 평형수를 용이하게 배출할 수 있도록 방수모터를 활용하여 평형수를 용이하게 배출할 수 있는 구조를 제공하는 것을 주요 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a structure capable of easily discharging ballast water by utilizing a waterproof motor so as to easily discharge ballast water stored in a vessel for a long time, The purpose.
본 발명의 다른 목적은 방수모터가 구동되면서 평형수를 배출할 때에 평형수의 배출속도를 증가시키면서 회전자의 마모를 방지할뿐더러 기계적 마찰을 감소시켜 발생하는 소음을 줄일 수 있는 액슬리스 특성을 적용한 모터를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a waterproof motor which is capable of increasing the discharge speed of the ballast water when discharging the ballast water while driving the waterproof motor and preventing the abrasion of the rotor while reducing the mechanical friction, Motor.
본 발명의 또 다른 목적은 선박 내부에서 평형수를 보관하는 밸러스트 탱크에 특수한 구조를 적용하여 평형수가 배출되거나 유입되는 중에도 선박이 지속적으로 평형을 유지할 수 있는 구조를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a structure in which a ship can continuously maintain equilibrium even when ballast water is discharged or introduced by applying a special structure to a ballast tank for storing ballast water in a ship.
본 발명의 추가 목적은 밸러스트 탱크에서 평형수를 유입 또는 배출할 때에 와류의 발생을 방지할 수 있는 구성을 제공하는 것이다.It is a further object of the present invention to provide a structure that can prevent the occurrence of eddy currents when ballast water is introduced or discharged from the ballast tank.
본 발명의 추가 목적은 평형수를 배출하는 모터에서 평형수가 빠른속도로 이동하면서 발생하는 기포를 제거할 수 있는 구조를 제공하는 것이다.It is a further object of the present invention to provide a structure capable of removing bubbles generated when a ballast water moves at a high speed in a motor discharging ballast water.
본 발명의 추가 목적은 평형수를 선박내로 유입하기 위한 통로와 평형수를 배출하기 위한 통로를 이어 평형수의 배출이 발생하지 않더라도 자연스럽게 유입되는 해수를 모터에 흘려보냄으로써 선박의 추진에도 활용할 수 있도록 하는 구조를 제공하는 것이다.It is a further object of the present invention to provide a method and apparatus for controlling the flow of a ballast water into a ship and a passage for discharging the ballast water by flowing seawater naturally flowing into the motor even if the ballast water does not discharge, .
본 발명의 추가 목적은 액슬리스 모터를 다양한 위치에 설치하여 선박의 추진 뿐만 아니라, 선박의 회전에도 활용될 수 있도록 하는 구성을 제공하는 것이다.It is a further object of the present invention to provide a configuration in which an axleless motor is installed at various positions so that it can be utilized not only for propulsion of a ship but also for rotation of a ship.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 액슬리스 모터를 활용한 선박 평형수처리 및 추진시스템은, 선체 내부에 설치되어 평형수를 저장하고, 유입배관과 배출배관을 통해 상호 연결되는 복수의 밸러스트 탱크; 상기 밸러스트 탱크의 일 측에 부착되어 상기 밸러스트 탱크 내부의 압력을 제어하는 압력조절밸브; 상기 배출배관의 일 측에 부착되어 배출되는 평형수의 흐름을 통해 회전하여 평형수의 배출을 촉진하는 액슬리스 모터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a ballast water treatment and propulsion system utilizing an axleless motor according to the present invention comprises a plurality of ballast tanks installed in a hull to store ballast water, and connected to each other through an inlet pipe and a discharge pipe, ; A pressure regulating valve attached to one side of the ballast tank for controlling a pressure inside the ballast tank; And an axleless motor that is attached to one side of the discharge pipe and rotates through the flow of the discharged ballast water to promote discharge of the ballast water.
나아가, 상기 배출배관은, 상기 선박의 후면 일 측에서 평형수가 배출되도록 상기 밸러스트 탱크의 일 측으로부터 상기 선박의 후면 일 측을 향해 돌출 연장된 제1 배출배관과, 상기 선박의 측면 일 측에서 평형수가 배출되도록 상기 밸러스트 탱크의 일 측으로부터 상기 선박의 측면 일 측을 향해 돌출 연장된 제2 배출배관으로 구성되는 것을 특징으로 한다.Further, the discharge pipe may include a first discharge pipe extending from one side of the ballast tank to one side of the rear side of the ship so as to discharge the ballast water from one side of the rear side of the ship, And a second discharge pipe extending from one side of the ballast tank so as to discharge water toward one side of the side of the ship.
더하여, 상기 밸러스트 탱크의 내부에는, 상기 유입배관이 결합된 상기 밸러스트 탱크의 측면 일 측으로부터 일정한 간격으로 중앙부위를 향해 나선형으로 연장되어 회전공간을 형성하는 회전나선격벽이 더 설치되고, 상기 밸러스트 탱크의 중앙부위 일 측에는, 상기 배출배관이 결합되어, 평형수가 상기 밸러스트 탱크로 유입된 순서대로 배출될 수 있도록 구성한 것을 특징으로 한다.In addition, the ballast tank is further provided with a rotating spiral partition wall extending spirally from the one side of the side surface of the ballast tank to which the inlet pipe is connected, toward the central portion at regular intervals, The discharge pipe is connected to one side of the central portion of the ballast tank so that the ballast water can be discharged in the order in which the ballast water is introduced into the ballast tank.
추가로, 상기 액슬리스 모터는, 상기 배출배관의 중간에 삽입 고정된 것으로서, 상기 배출배관의 내경보다 큰 내경을 갖고, 내부에는 복수의 회전에너지용 권선모듈이 설치된 상태로 내측에 회전공간이 형성된 원통 형태의 고정자와, 상기 배출배관의 내경에 대응하는 직경을 갖는 스크류형 임펠러와, 상기 스크류형 임펠러를 둘러싸되, 내부에는 복수의 자성체가 삽입되어 상기 회전공간에 회전 가능하게 삽입되는 로터로 구성되는 회전자를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the axleless motor is inserted and fixed in the middle of the discharge pipe, and has an inner diameter larger than the inner diameter of the discharge pipe, and a rotating space is formed in the inner side with a plurality of winding modules for rotational energy installed therein A screw type impeller having a diameter corresponding to an inner diameter of the discharge pipe; a rotor enclosing the screw type impeller and having a plurality of magnetic bodies inserted therein and rotatably inserted in the rotary space; And a rotor for rotating the rotor.
또한, 상기 고정자는, 상기 회전자가 내부에 삽입되고, 상기 밸러스트 탱크와 마주보는 위치에 평형수가 유입되는 유입홈이 형성된 제1 고정자편과, 상기 제1 고정자편의 후방에서 상기 회전자가 이탈되지 않도록 결합되는 것으로서 상기 회전자를 통과한 평형수가 배출되는 배출홈이 형성된 제2 고정자편으로 구성되는 것을 특징으로 한다.The stator may further include a first stator piece inserted into the rotor and formed with an inlet groove into which ballast water flows at a position facing the ballast tank, And a second stator piece having discharge grooves through which the ballast water that has passed through the rotor is discharged.
또한, 상기 제1 고정자편에서 제2 고정자편과의 결합부위에는, 적어도 하나 이상의 체결홈이 형성되고, 상기 제2 고정자편에서 상기 체결홈에 대응되는 부위에는, 체결공이 더 형성되어, 상기 체결공에 체결수단이 관통되도록 삽입하여 상기 체결홈에 끼움결합되도록 함으로써 상기 제1 고정자편과 상기 제2 고정자편을 결합시키는 것을 특징으로 한다.At least one coupling groove is formed in the coupling portion between the first stator piece and the second stator piece, and a coupling hole is further formed in a portion of the second stator piece corresponding to the coupling groove, And the first stator piece and the second stator piece are engaged with each other by inserting the fastening means into the hole so as to be fitted into the fastening groove.
또한, 상기 제1 고정자편의 상기 유입홈이 형성된 면에서 상기 로터의 표면과 대응되는 위치에는, 상기 로터가 회전함에 따라 내장된 자성체와 반응하여 상기 로터를 상기 제1 고정자편으로부터 일정 간격 이격시켜 상기 유입홈을 통과한 일부 평형수가 상기 고정자와 상기 회전자 사이의 이격된 공간으로 유입되도록 하는 자기부상모듈이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.As the rotor rotates, the rotor rotates at a position corresponding to the surface of the rotor on the surface of the first stator, on which the inlet groove is formed, so that the rotor reacts with the built- And a magnetic levitation module for allowing some ballast water passing through the inlet groove to flow into the spaced space between the stator and the rotor.
또한, 상기 제1 고정자편에서 상기 회전자와 마주보는 내측 면에는, 서로 일정한 간격을 두고 사선으로 함입된 복수의 사선홈이 더 형성되어, 상기 평형수의 배출을 촉진하는 것을 특징으로 한다.In addition, a plurality of oblique grooves inclined by an oblique line are formed on the inner surface of the first stator piece facing the rotor at regular intervals to promote the discharge of the ballast water.
또한, 상기 로터는, 상기 유입홈과 마주보는 방향의 표면 일 측에서부터 상기 스크류형 임펠러가 위치하는 중앙부위를 향해 경사지게 함입된 제1 경사부와, 상기 배출홈과 마주보는 방향의 표면 일 측에서부터 상기 배출홈을 향해 경사지게 돌출된 제2 경사부가 더 형성되고, 상기 제1 고정자편에서 상기 제1 경사부와 마주보는 위치에는, 상기 제1 경사부와 대응되는 형태로 돌출 형성된 보조돌출부가 더 형성되며, 상기 제2 고정자편에서 상기 제2 경사부와 마주보는 위치에는, 상기 제2 경사부와 대응되는 형태로 함입 형성된 보조함입부가 더 형성되어, 상기 제1 경사부 및 상기 제2 경사부의 경사에 의해 상기 스크류형 임펠러에 의한 평형수의 배출을 촉진시키는 것을 특징으로 한다.The rotor further includes a first inclined portion inclined from a side of the surface facing the inflow groove toward a central portion where the screw-shaped impeller is located, and a second inclined portion inclined from a side of the surface in the direction facing the discharge groove A second inclined portion projecting obliquely toward the discharge groove is formed, and an auxiliary protruding portion protruding in a shape corresponding to the first inclined portion is formed at a position facing the first inclined portion of the first stator piece And an auxiliary inclusion part formed so as to correspond to the second inclined part is further formed at a position of the second stator part facing the second inclined part so that inclination of the first inclined part and the inclined part of the second inclined part Thereby promoting the discharge of the ballast water by the screw-type impeller.
또한, 상기 제2 고정자편은, 상기 스크류형 임펠러가 위치하는 방향으로부터 삽입되어 상기 배출홈을 둘러싸는 끼움캡과, 상기 로터와 상기 제2 고정자편 사이에 위치한 상기 끼움캡의 단부에서 상기 로터와 일정 간격 이격된 위치까지 돌출 연장된 것으로서, 탄성재질로 구성되되 평형수가 통과할 수 있도록 복수의 보조관통홈이 형성된 간격형성부로 구성되는 안착캡을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The second stator piece may include a fitting cap inserted from a direction in which the screw-type impeller is positioned and surrounding the discharge groove, and a second cap portion surrounding the rotor and the end portion of the fitting cap located between the rotor and the second stator piece. And a space forming part formed of an elastic material and having a plurality of auxiliary through holes formed therein to allow the ballast water to pass therethrough.
본 발명에 따른 액슬리스 모터를 활용한 선박 평형수처리 및 추진시스템에 의하면,According to the ship equilibrium water treatment and propulsion system utilizing the axleless motor according to the present invention,
1) 실시간 평형수 흡입과 배출로 인하여 평형수가 오염되지 않아 BWMS 가 필요치 않고 평형수의 배출 시 복수의 방수모터를 활용하여 평형수를 보다 빠르게 배출시켜 평형수의 교환이나 평형수의 배출이 필요한 경우 빠른 작업이 가능하고,1) Ballast water is not contaminated due to inhale and discharge of real-time ballast water. BWMS is not required. Ballast water is discharged faster by discharging ballast water by using multiple waterproof motors when discharging ballast water. Quick work is possible,
2) 특히 평형수를 배출하기 위한 방수모터에 자성체를 적용하여 자기부상효과를 유도함으로써 별도의 베어링 없이도 회전이 가능하며, 마찰이 거의 발생하지 않아 마모 및 소음이 줄어들어 모터의 장기간 활용이 가능하며,2) By applying a magnetic body to a waterproof motor for discharging ballast water in particular, it is possible to rotate without any bearing by inducing a magnetic levitation effect, and it is possible to utilize the motor for a long time because friction is hardly generated and wear and noise are reduced,
3) 밸러스트 탱크 내부에 평형수가 선박의 평형을 유지하는데 도움을 줄 수 있는 나선구조 및 완충구조를 적용하여 해류가 발생하거나 파도가 치는 극한 상황에서도 선박의 평형을 유지할 수 있는 효과를 갖고,3) The ballast tank has the effect of maintaining equilibrium of the ship even in the extreme situation where the sea water is generated or the wave is applied by applying the spiral structure and the buffer structure which can help the equilibrium of the ship to maintain the equilibrium of the ship,
4) 나아가 밸러스트 탱크 내부에 와류의 발생을 억제할 수 있는 구조를 더 적용하여 불필요한 와류로 인한 평형제어의 어려움을 감소시킬 수 있다는 효과를 제공하며,4) Further, by applying a structure capable of suppressing the occurrence of vortex in the ballast tank, it is possible to reduce the difficulty of balance control due to unnecessary vortex,
5) 선박 추진 모터 회전자 외측 원통형 구조를 통하여 선박 프로펠러 캐비테이션 현상 발생을 억제하였으며,5) The propeller cavitation phenomenon was suppressed through the outer cylinder structure of the propulsion motor rotor,
6) 액슬리스 모터는 힘이 발생하는 모터 고정자 내부에서 힘을 소비하여 선박 추진효율성이 좋으며, 액슬리스 모터 선박 추진장치 사용 시 선박 전진방향으로부터 유입되는 물을 선박 추진수로 활용할 수 있어 모터 효율이 향상될 뿐더러, 평형수 처리가 필요치 않는 소형선박의 경우에도 본 구성을 적용하여 추진용으로 활용할 수 있음은 물론이고,6) Accelless motors have high efficiency in ship propulsion by consuming the power inside the motor stator where the force is generated. When using the propulsion device of the axleless motor, the water from the forward direction of the ship can be utilized as ship propulsion water, In addition, in the case of a small ship which does not require a ballast water treatment, this configuration can be applied to propulsion,
7) 액슬리스 모터 설치 위치 및 개수, 모터 회전방향에 따라 좌우로 회전 및 전후로 선박 추진이 용이하여 선박 접안 시 예인선이 필요치 않토록 하는 효과를 제공한다.7) It is possible to turn the ship right and left according to the position and number of the axleless motor installation and motor rotation direction, and to facilitate the propulsion of the ship back and forth.
도 1은 기존의 선박 내 밸러스트 탱크와 평형수를 활용한 선박평형시스템을 나타낸 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 액슬리스 모터 및 이를 활용하여 추진하는 선박시스템의 전체 구성도.
도 3은 선박시스템의 구성 횡단면도.
도 4는 밸러스트 탱크의 내부 형태를 나타낸 횡단면도.
도 5는 본 발명의 액슬리스 모터의 사시도.
도 6는 본 발명의 액슬리스 모터의 횡단면도.
도 7은 본 발명의 액슬리스 모터에 자기부상모듈을 적용한 것을 타나낸 종단면도.
도 8은 로터의 다양한 형상을 나타낸 횡단면도.
도 9는 배출홈을 둘러싸는 안착캡의 결합사시도.1 is a conceptual view showing a conventional ship equilibrium system utilizing ballast tanks and ballast tanks in a ship.
FIG. 2 is an overall configuration view of an axleless motor according to the present invention and a marine vessel propulsion system using the same.
3 is a structural cross-sectional view of the ship system;
4 is a cross-sectional view showing the internal shape of the ballast tank.
5 is a perspective view of the axleless motor of the present invention.
6 is a cross-sectional view of the axleless motor of the present invention.
FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing a magnet levitation module applied to an axleless motor according to the present invention. FIG.
8 is a cross-sectional view showing various shapes of the rotor.
9 is an assembled perspective view of a seating cap surrounding the discharge groove;
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 첨부된 도면은 축척에 의하여 도시되지 않았으며, 각 도면의 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The accompanying drawings are not drawn to scale and wherein like reference numerals in the various drawings refer to like elements.
도 2는 본 발명에 따른 액슬리스 모터(300) 및 이를 활용하여 추진하는 선박시스템(이하, 선박시스템.)의 전체 구성도이고, 도 3은 선박시스템의 구성 횡단면도이다.FIG. 2 is an overall configuration diagram of an
본 발명의 액슬리스 모터를 활용한 선박 평형수처리 및 추진시스템은, 선체 내부에 설치되어 평형수(20)를 저장하고, 유입배관(400)과 배출배관(500)을 통해 상호 연결되는 복수의 밸러스트 탱크(100); 상기 밸러스트 탱크(100)의 일 측에 부착되어 상기 밸러스트 탱크(100) 내부의 압력을 제어하는 압력조절밸브(200); 상기 배출배관(500)의 일 측에 부착되어 배출되는 평형수(20)의 흐름을 통해 회전하여 평형수(20)의 배출을 촉진하는 액슬리스 모터(300);를 포함하여 구성된다.The ballast water treatment and propulsion system utilizing the axleless motor of the present invention includes a ballast water treatment and propulsion system that is installed inside the hull and stores the
밸러스트 탱크(100)는 선박(10)의 선체 내부에 설치되는 것으로서, 선박(10)의 평형을 맞추기 위한 목적상 좌우에 하나 이상씩 보유하는 것이 기본적이며, 필요에 따라 개수를 늘릴 수도 있고, 나아가 중앙부위나 전 후면에도 밸러스트 탱크(100)를 더 보유하는 것이 가능하다. 밸러스트 탱크(100)의 경우 도 2에서 보여지는 바와 같이, 두 개 이상의 탱크를 한쪽 면에 보유시켜(전,후) 각각의 밸러스트 탱크(100) 내부에 보관된 물의 양을 조절하면서 전후의 균형을 맞출 수 있을 뿐만 아니라, 이를 동일하게 좌우로도 적용하여 좌우 균형 또한 맞출 수 있도록 구성하는 것이다. 이 밸러스트 탱크(100)에는 유입배관(400)과 배출배관(500)이 연결되어 유입배관(400)을 통해 평형수(20)를 유입받고, 배출배관(500)을 통해 밸러스트 탱크(100) 내부에 보관된 평형수(20)를 배출한다. 일반적으로 유입배관(400)은 물의 유입이 쉬운 부분에 위치하며, 바람직하게는 배의 선두부분으로부터 연장되고, 배출배관(500)은 물이 배출되더라도 선박(10)의 운행에 영향을 받지 않도록 배의 측면이나 후미부분으로 배출되도록 연장된다. 또한, 유입배관(400)과 배출배관(500)은 밸러스트 탱크(100)를 거치지 않더라도 압력조절밸브(200)의 제어를 통해 유입배관(400)으로부터 유입된 평형수(20)가 직접 배출배관(500)으로 이송되도록 제어하거나 혹은 유입배관(400)과 배출배관(500)을 직접 연결하는 별도의 배관(미도시)구성이 더 적용될 수도 있다. 따라서 본 발명에서는 밸러스트 탱크(100)에 보관된 평형수(20) 뿐만 아니라 실시간으로 유입배관(400)으로부터 유입된 평형수(20)를 모두 선박 추진수로 활용할 수 있음은 물론이다.The
다음으로 압력조절밸브(200)는 밸러스트 탱크(100)의 일 측에 부착되는 것으로서, 밸러스트 탱크(100)의 내부 압력을 제어하여 유입배관(400) 및 배출배관(500)을 통해 밸러스트 탱크(100) 내부의 평형수(20) 보유량을 조절하는 역할을 한다. 이러한 제어를 위해 별도의 컨트롤러(미도시)가 더 포함될 수 있음은 물론이다.The
마지막으로 액슬리스 모터(300)는 배출배관(500)의 일 측에 부착되어 배출되는 평형수(20)의 흐름을 통해 회전함으로써 평형수(20)의 배출을 촉진하는 역할을 한다. 물에 띄워진 선박(10)이라는 특성 상 수면에 띄워진 상태에서 액슬리스 모터(300)의 구동을 통해 운전자가 원하는 방향으로 이동하게 되며, 평형수(20)를 선박(10)의 내부에 내장하여 평형수(20)를 내장된 탱크에서 조절하면서 선박(10)의 평형을 유지한다. 다만, 이 평형수(20)는 앞선 배경설명에서도 설명하였듯이 주기적인 교체가 필요하다.Finally, the
본 발명의 액슬리스 모터(300)의 경우, 평형수(20)가 배출되는 배출배관(500)의 일 측에 연결되어 액슬리스 모터(300)의 구동을 통해 선박(10)을 추진시키는 역할과 함께 내장된 평형수(20)의 배출을 촉진시키는 역할을 겸하게 된다. 또한, 평형수(20)의 배출에 따라 액슬리스 모터(300)의 회전구동을 일부 보조할 수 있다는 장점 또한 가질 수 있음은 물론이다. 따라서, 액슬리스 모터(300)는 기본적으로 평형수(20)를 통과시키는 역할을 수행해야 하기 때문에 방수처리가 되어있는 방수모터가 사용되어야 하며, 방수처리가 안된 모터를 활용하는 경우, 방수코팅이나 이음매 처리 등의 충분한 방수처리를 더하여 수중 활용에 문제가 없어야 할 것이다.In the case of the
이 때, 앞선 설명에서도 언급한 바와 같이, 배출배관(500)은 선박(10)의 측면이나 후면을 향해 연장될 수 있다고 하였는 바, 즉 상기 배출배관(500)은 상기 선박(10)의 후면 일 측에서 평형수(20)가 배출되도록 상기 밸러스트 탱크(100)의 일 측으로부터 상기 선박(10)의 후면 일 측을 향해 돌출 연장된 제1 배출배관(510)과, 상기 선박(10)의 측면 일 측에서 평형수(20)가 배출되도록 상기 밸러스트 탱크(100)의 일 측으로부터 상기 선박(10)의 측면 일 측을 향해 돌출 연장된 제2 배출배관(520)으로 구성될 수 있다.In this case, as described in the foregoing description, it is assumed that the
제1 배출배관(510)은 선박(10)의 후면을 향해, 제2 배출배관(520)은 선박(10)의 측면을 향해 형성된 것이다. 이 때, 압력조절밸브(200)의 제어에 의해 평형수(20)가 배출되는 경우, 두 배출배관(500)을 모두 사용할 수도 있으며, 필요에 따라서는 별도의 칸막이부재(미도시)를 더 장착하여, 필요에 따라 제1 배출배관(510) 또는 제2 배출배관(520)만을 사용하도록 제어할 수도 있음은 물론이다.The
도 4는 밸러스트 탱크(100)의 내부 형태를 나타낸 횡단면도이다.4 is a cross-sectional view showing the internal shape of the
밸러스트 탱크(100)의 내부구성을 살펴보면, 상기 밸러스트 탱크(100)는, 상기 유입배관(400)이 결합된 상기 밸러스트 탱크(100)의 측면 일 측으로부터 일정한 간격으로 중앙부위를 향해 나선형으로 연장되어 회전공간을 형성하는 회전나선격벽(110)이 더 설치되고, 상기 밸러스트 탱크(100)의 중앙부위 일 측에는, 상기 배출배관(500)이 결합되는 것을 특징으로 한다.The
즉, 도면에서 확인되는 바와 같이, 밸러스트 탱크(100)를 상부 또는 하부에서 바라보았을 때, 측면 일 측이 유입배관(400)과 결합되어 평형수(20)가 유입되는데, 이 유입배관(400)과 결합된 부위의 주변에서부터 회전나선격벽(110)이 밸러스트 탱크(100)의 중앙부위를 향해 나선형으로 연장된다. 특히 회전나선격벽(110)이 설치되면, 이 회전공간은 일정한 간격을 갖게 되는데, 이러한 회전나선격벽(110) 구조를 통해 밸러스트 탱크(100)에 유입된 평형수(20)를 저장하게 되는 것이다. 이러한 회전나선격벽(110) 구조의 경우, 기존의 단순 탱크구조와 다르게 평형수(20)가 유입되는 순서에 따라 배출배관(500)과 가까운 내측 중앙부위로부터 채워지게 되므로 가장 먼저 유입된 것이자, 오래된 평형수(20)부터 배출될 수 있도록 제어하기 쉬울 뿐만 아니라, 단순 탱크구조와 대비하여 평형수(20)가 배출되고 있는 과정에서 추가적인 파도나 해류 등에 의해 배가 다양한 방향으로 격하게 흔들리는 경우에도 다양한 층으로 나뉘어져 있기 때문에, 배출되지 못한 평형수(20)가 빠르게 평형을 유지할 수 있도록 움직이게 되어 평형수(20)의 배출 중 발생한 위급상황에서도 안정적인 평형유지를 기대할 수 있게 됨은 물론이다.That is, when the
도 5는 본 발명의 액슬리스 모터(300)의 사시도이고, 도 6는 본 발명의 액슬리스 모터(300)의 횡단면도이며, 도 7은 본 발명의 액슬리스 모터(300)에 자기부상모듈을 적용한 것을 타나낸 종단면도이며, 도 8은 로터(322)의 다양한 형상을 나타낸 횡단면도이다.Fig. 5 is a perspective view of the
상기 액슬리스 모터(300)는 상기 배출배관(500)의 중간에 삽입고정되며, 내부에 복수의 회전에너지용 권선모듈(311)이 형성된 원통 형태의 고정자(310)와, 상기 배출배관(500)의 내경에 대응하는 직경을 갖는 스크류형 임펠러(321)와, 상기 스크류형 임펠러(321)를 둘러싸되, 내부에는 복수의 자성체가 삽입되어 상기 회전공간에 회전 가능하게 삽입되는 로터(322)로 구성되는 회전자(320)로 구성된다.The
고정자(310)는 도면에서 나타난 바와 같이 원통형으로 형성된 것으로서, 배출배관(500)의 중간에 삽입 또는 고정된다. 이 고정자(310)의 내부에는 복수의 회전에너지용 권선모듈(311)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는데, 이 권선모듈(311)은 일종의 전자석을 의미하며, 회전자(320)가 회전할 수 있도록 유도하는 역할을 한다.The
회전자(320)는 원통형 고정자(310)의 빈 내부에 설치되게 되는데, 바람직하게는 배출배관(500)의 내역에 대응하는 직경을 가진 상태에서 회전할 수 있는 스크류형 임펠러(321)를 포함하여 구성된다. 앞서 고정자(310)에는 회전에너지용 권선모듈(311)이 형성되되, 이 회전자(320)는 철재 등 금속재질로 구성하는 것으로 자기유도현상을 통해 스크류가 지속적으로 회전하도록 유도할 수 있다. 특히 스크류형 임펠러(321)는 그 형태가 도면에서 보여지는 바와 같이 회전하면서 이동된 평형수(20)를 후방으로 계속해서 퍼 나를 수 있기 때문에, 파도가 치는 환경이나 역류가 발생하는 환경에서도 평형수(20)를 쉽게 배출할 수 있다는 장점을 갖는다. 나아가, 배의 추진 시에는 회전자(320)의 회전속도를 빠르게 하여 평형수(20)의 분사에 따라 발생하는 힘을 통해 선박(10)의 전진, 후진이나 좌우 회전을 가능하게 할 수 있음은 물론이다.The
나아가 고정자(310)는 도 6과 도 8에서 보여지는 바와 같이 상기 밸러스트 탱크(100)와 마주보는 위치에 형성되어 평형수(20)가 유입되는 유입홈(313)이 형성되고, 상기 스크류형 임펠러(321)가 내장된 제1 고정자편(330)과, 상기 제1 고정자편(330)의 후방에서 결합될 수 있도록 적층 형성된 것으로서 상기 스크류형 임펠러(321)를 통과한 평형수(20)가 배출되는 배출홈(315)이 형성된 제2 고정자편(340)으로 나누어 구성될 수 있다.6 and 8, the
이렇게 제1 고정자편(330)과 제2 고정자편(340)으로 나뉘게 되면, 내부에 위치한 회전자(320)의 고장상황이나 청소가 필요한 상황에서 고가의 청소장비 없이도 제2 고정자편(340)과 제1 고정자편(330)의 결합을 해제하여 회전자(320)를 꺼내 교환이나 세척할 수 있다는 장점이 있다.The
여기서 제1 고정자편(330)과 제2 고정자편(340)을 결합하는 방법은 공지된 접착제나 납땜, 암수끼움결합, 별도의 밴딩장치, 패스너의 삽입 등이 활용될 수 있음은 물론이나, 가장 바람직한 방법으로는, 상기 제1 고정자편(330)에서 제2 고정자편(340)과의 결합부위에 적어도 하나 이상의 체결홈(333)이 형성되고, 상기 제2 고정자편(340)에서 상기 체결홈(333)에 대응되는 부위에는 체결공(341)이 더 형성되도록 구성하여, 상기 체결공(341)에 체결수단(350)(패스너)이 관통되도록 삽입하여 상기 체결홈(333)에 끼움결합되도록 함으로써 상기 제1 고정자편(330)과 상기 제2 고정자편(340)을 결합시키도록 구성하는 것이다.Here, the method of joining the
또한, 제2 고정자편(340)에서 배출홈(315)의 주변에는 필수적으로 원통형으로 그 폭과 형상을 유지시키는 것이 중요한데, 이것은 평형수(20)가 배출되면서 빠른 속도로 이동될 때, 기포가 발생하는 캐비테이션 현상의 발생을 방지하기 위한 것이다. 이는 후술할 안착캡(343)의 구성 추가를 통해 더욱 구체화되므로, 후술하는 내용에서 상세하게 설명토록 하겠다.It is also important to maintain the width and shape of the
앞선 구성에 추가로 스크류를 회전시킬 때 자기부상현상을 발현하기 위한 구성이 더 포함될 수 있다. 상기 제1 고정자편(330)의 상기 유입홈(313)이 형성된 면에서 상기 로터(322)의 표면과 대응되는 위치에는, 상기 로터(322)가 회전함에 따라 내장된 자성체와 반응하여 상기 로터(322)를 상기 제1 고정자편(330)으로부터 일정 간격 이격시켜 상기 유입홈(313)을 통과한 일부 평형수(20)가 상기 고정자(310)와 상기 회전자(320) 사이의 이격된 공간으로 유입되도록 하는 자기부상모듈(332)이 더 포함될 수 있다. 이 자기부상모듈(332)는 권선모듈(311)과 유사한 구성으로서, 로터(322)에 내장된 자성체를 이용하여, 로터(322)가 회전될 때에 이 자성체와 반응해 반발력을 일으켜 제1 고정자편(330)과 로터(322) 사이의 간격을 일정 거리 이격시키는 역할을 하게 된다. 이로서 회전자(320)는 고정자(310)와 완전하게 이격되어 자기부상효과를 발현하게 되며, 따라서 마찰이 없으므로 소음이나 마모 등이 발생하지 않게 된다. 또한, 자기부상효과로 인해 발생한 사이공간에는 평형수(20) 일부가 유입되어 이 사이공간을 통해 통과될 수도 있는데, 이러한 구성은 베르누이 현상을 유도시켜 좁은 공간을 빠져나가기 위해 유속이 빨라지는 현상이 발생하게 되어 평형수(20)의 배출속도를 더욱 향상시키게 되는 효과를 갖는다.In addition to the above configuration, a configuration for manifesting a magnetic levitation phenomenon may be further included when the screw is rotated. The
나아가, 도 7을 살펴보면서 설명하자면, 제1 고정자편(330)에서 상기 회전자(320)와 마주보는 내측 면에는 서로 일정한 간격을 두고 사선으로 함입된 복수의 사선홈(331)이 더 형성된다. 이 사선홈(331)은 총구에 형성된 홈과 유사한 역할을 하며, 평형수(20)가 이 사선홈(331)을 통해 더욱 빠르게 이동될 수 있도록 보조하는 역할을 하는 것이다. 즉, 회전자(320)가 회전하기 시작한 이후 일정한 속도에 다다르면, 사선홈(331)이 베르누이 법칙에 의해 유체의 흐름에 따라 진공상태가 되려고 하며, 이에 따라 평형수(20)를 빠르게 사선홈(331)으로부터 밀어내기 때문에 평형수(20)의 이동속도를 더욱 빨라지게 하는 효과를 가져온다.7, the inner surface of the
이러한 구성을 통해 유체인 평형수(20)는 동일한 고정자(310)의 내부공간을 활용하더라도 기존의 단순 배관만 존재하는 경우보다 빠르게 회전하면서 액슬리스 모터(300)의 내부를 통과하게 되는데, 이러한 전체적으로 유속이 빨라지는 현상 또한 베르누이 효과를 통해 설명이 가능한 것으로, 유량이 동일할 때, 관의 단면이 좁을수록 유체의 속력이 빨라진다는 성질로서 설명이 가능하며, 추가적으로, 스크류형 임펠러(321)의 회전으로 인해 기존 대비 매우 빠른 유속으로 평형수(20)를 배출할 수 있는 것이다.In this configuration, the
또한, 스크류형 임펠러(321)는 본 발명의 제목이 액슬리스(axleless : 별도의 회전축이 없음) 모터를 활용한다고 하였듯이, 자기부상현상을 통해 고정자(310)의 내부 표면에 긁히거나 끼이는 등의 현상 없이 정 중앙의 위치에서 지속적으로 회전하게 되므로 기존의 모터방식과 다르게 베어링이나 돌출된 추가 샤프트가 필요하지 않아 모터의 회전에 의한 소음발생이나 진동발생 등의 문제를 줄일 수 있다는 장점을 가지게 됨은 물론이다.The screw-
도 8을 보면서 로터(322)의 형상을 더욱 상세히 설명하면, 상기 로터(322)는, 상기 유입홈(313)과 마주보는 방향의 표면 일 측에서부터 상기 스크류형 임펠러(321)가 위치하는 중앙부위를 향해 경사지게 함입된 제1 경사부(323)와, 상기 배출홈(315)과 마주보는 방향의 표면 일 측에서부터 상기 배출홈(315)을 향해 경사지게 돌출된 제2 경사부(324)가 더 형성되고, 상기 제1 고정자편(330)에서 상기 제1 경사부(323)와 마주보는 위치에는, 상기 제1 경사부(323)와 대응되는 형태로 돌출 형성된 보조돌출부(334)가 더 형성되며, 상기 제2 고정자편(340)에서 상기 제2 경사부(324)와 마주보는 위치에는, 상기 제2 경사부(324)와 대응되는 형태로 함입 형성된 보조함입부(342)가 더 형성되도록 구성한다.8, the shape of the
즉, 전체적인 형상을 설명하자면, 원통형상의 로터(322)의 전방 및 후방에 특수한 형상을 갖도록 한 것으로서, 로터(322)의 전방이자 유입홈(313)과 마주보는 방향의 표면에는 표면 일 측에서부터 스크류형 임펠러(321)가 위치하는 중앙부위를 향해 경사지게 함입된 제1 경사부(323)와 이와 대응되는 형상으로 로터(322)의 후방이자 배출홈(315)과 마주보는 방향의 표면 일 측에서부터 배출홈(315)을 향해 경사지게 돌출된 제2 경사부(324)를 형성한다.That is, the
여기서 표면 일 측이라 함은, 도면에서 확인할 수 있듯이 스크류형 임펠러(321)가 위치하는 부위를 중앙부위라고 하였을 때, 이 중앙부위를 제외하고 나머지 부분 중 임의의 한 위치를 의미하며, 제1 경사부(323)의 경우 전방으로부터 함입된 형태로, 제2 경사부(324)의 경우 후방으로부터 돌출된 형태로 구성된다. 이러한 경사면의 형성은 앞서 설명한 바와 같이 고정자(310)와 회전자(320) 사이를 통과하는 평형수(20)에 의해 베르누이 효과를 더욱 증폭시키기 위한 구성이며, 따라서, 경사면이 형성될 수 있는 위치라면 각 경사면의 시작점이 어디에 위치하더라도 크게 영향이 없다. 다만 경사면의 경사각도나 그 길이에 따라 유속의 증감폭이 달라지기 때문에, 원하는 제어폭이 존재하는 경우라면, 해당 제어폭에 맞추어 경사면을 형성하는 것이 바람직하다 하겠다.Here, as shown in the figure, when the portion where the screw-
또한, 로터(322)에 이렇게 제1 경사부(323)와 제2 경사부(324)가 형성되면, 고정자(310)(제1 고정자편(330), 제2 고정자편(340)) 또한 이에 대응되어 보조돌출부(334)와 보조함입부(342)를 각각 형성해야만 한다. 또, 제1 경사부(323)와 보조돌출부(334), 제2 경사부(324)와 보조함입부(342)의 사이에는 사이공간이 형성될 수 있도록 해야 하며, 이 사이공간을 통해 평형수(20)가 유입될 수 있음은 물론이다.When the first
도 9는 배출홈(315)을 둘러싸는 안착캡(343)의 결합사시도이다.9 is an assembled perspective view of the
나아가, 이 제2 고정자편(340)에는 배출홈(315)을 둘러싸는 안착캡(343)을 더 적용하여 스크류형 임펠러(321)의 긁힘이나 부딪힘으로 인한 파손을 방지할 수 있다.Further, the
즉, 안착캡(343)은 상기 스크류형 임펠러(321)가 위치하는 방향으로부터 삽입되어 상기 배출홈(315)을 둘러싸는 끼움캡(344)과, 상기 로터(322)와 상기 제2 고정자편(340) 사이에 위치한 상기 끼움캡(344)의 단부에서 상기 로터(322)와 일정 간격 이격된 위치까지 돌출 연장된 것으로서, 탄성재질로 구성되되 평형수(20)가 통과할 수 있도록 복수의 보조관통홈(346)이 형성된 간격형성부(345)로 구성되는 것이다.That is, the
끼움캡(344)의 경우 배출홈(315)에 안착캡(343)이 끼워질 수 있도록 배출홈(315)에 대응되는 형상으로 형성되어 밀착된 구성을 통해 고정되는 역할을 하고, 간격형성부(345)는 안착캡(343)으로부터 스크류형 임펠러(321)를 향해 돌출된 것을 의미한다. 이 때, 안착캡(343)을 고무나 합성수지, 스폰지 등의 탄성재질로 구성하는 것이 바람직한데, 즉, 간격형성부(345)가 스크류형 임펠러(321)를 향해 돌출되어있어 스크류형 임펠러(321)가 회전하면서 빠른 유속에 의해 후방으로 밀려나거나 혹은 로터(322)로부터 이탈되어 배출홈(315)에 부딪히게 될 수 도 있다. 그 때, 이 안착캡(343)의 간격형성부(345)가 스크류형 임펠러(321)와 먼저 맞닿게 되며, 간격형성부(345)가 충분히 부드러운 탄성 재질로서 스크류형 임펠러(321)의 충격을 완화할 수 있고 파손을 방지할 수 있으면서도, 동시에 수리가 가능한 시점까지 회전 구동이 가능하도록 구성하는 것이다.The
따라서, 간격형성부(345)의 경우 필요에 따라 그 단부를 둥근 형태로 가공하거나 두께를 더욱 늘려 형성하는 것도 가능하다. 또한, 간격형성부(345)에는 복수의 보조관통홈(346)이 더 형성되어 있기 때문에, 이 보조관통홈(346)을 통해 평형수(20)가 이동될 수 있어 스크류형 임펠러(321)와 맞닿은 상태에서도 구동이 가능하며, 나아가 베르누이 법칙에 의해 출구를 더욱 좁게 형성하게 되어 유속을 증가시킬 수 있는 추가효과도 기대할 수 있게 된다.Accordingly, in the case of the gap-forming
또한, 앞선 설명에서도 언급한 바와 같이, 액슬리스 모터(300)를 통과한 평형수(20)는 급속한 압력변화로 인하여 기포가 발생하는 캐비테이션현상이 발생하기도 한다. 이러한 캐비테이션현상은 기포에 의해 소음과 진동이 발생하며 나아가 침식이 발생하기도 하므로 이 현상을 최소화 시킬 수 있는 방안이 필요하다. 따라서, 이러한 안착캡(343)의 추가를 통해 스크류형 임펠러(321)의 회전과 수압의 변화로 인한 압력의 변화에도 배출구의 내경, 폭, 형상 등을 유지시켜 급속한 압력변화를 감소시킬 수 있음은 물론이다.Also, as mentioned in the foregoing description, the
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 선박 내 평형수의 흐름을 통해 회전하는 액슬리스 모터를 활용한 선박평형시스템의 구성 및 작용을 상기 설명 및 도면에 표현하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하여 본 발명의 사상이 상기 설명 및 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.As described above, the structure and operation of the ship equilibrium system utilizing the axleless motor rotating through the in-ship equilibrium water flow according to the present invention have been described above and illustrated in the drawings. However, It will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit of the invention.
10: 선박 20: 평형수
100: 밸러스트 탱크 110: 회전나선격벽
200: 압력조절밸브 300: 액슬리스 모터
310: 고정자 311: 권선모듈
313: 유입홈 315: 배출홈
320: 회전자 321: 스크류형 임펠러
322: 로터 323: 제1 경사부
324: 제2 경사부 330: 제1 고정자편
340: 제2 고정자편 331: 사선홈
332: 자기부상모듈 333: 체결홈
334: 보조돌출부 341: 체결공
342: 보조함입부 343: 안착캡
344: 끼움캡 345: 간격형성부
346: 보조관통홈 350: 체결수단
400: 유입배관 500: 배출배관
510: 제1 배출배관 520: 제2 배출배관10: Ship 20: Ballast water
100: ballast tank 110: rotating helical bulkhead
200: Pressure regulating valve 300: Axleless motor
310: stator 311: winding module
313: inlet groove 315: exhaust groove
320: Rotor 321: Screw type impeller
322: rotor 323: first inclined portion
324: second inclined part 330: first stator part
340: second stator piece 331: oblique groove
332: magnetic levitation module 333: fastening groove
334: auxiliary protrusion 341: fastener
342: auxiliary depressed portion 343: seating cap
344: Fitting cap 345:
346: auxiliary penetration groove 350: fastening means
400: inlet pipe 500: exhaust pipe
510: first exhaust pipe 520: second exhaust pipe
Claims (10)
선체 내부에 설치되어 평형수를 저장하고, 유입배관과 배출배관을 통해 상호 연결되는 복수의 밸러스트 탱크;
상기 밸러스트 탱크의 일 측에 부착되어 상기 밸러스트 탱크 내부의 압력을 제어하는 압력조절밸브;
상기 배출배관의 일 측에 부착되어 배출되는 평형수의 흐름을 통해 회전하여 평형수의 배출을 촉진하는 액슬리스 모터;를 포함하되,
상기 밸러스트 탱크의 내부에는, 상기 유입배관이 결합된 상기 밸러스트 탱크의 측면 일 측으로부터 일정한 간격으로 중앙부위를 향해 나선형으로 연장되어 회전공간을 형성하는 회전나선격벽이 설치되고,
상기 밸러스트 탱크의 중앙부위 일 측에는, 상기 배출배관이 결합되어,
평형수가 상기 밸러스트 탱크로 유입된 순서대로 배출될 수 있는 것을 특징으로 하는, 선박 내 평형수의 흐름을 통해 회전하는 액슬리스 모터를 활용한 선박 평형수처리 및 추진시스템.As a ballast water treatment and propulsion system using an axleless motor,
A plurality of ballast tanks installed inside the hull to store the ballast water, and interconnected through the inflow pipe and the discharge pipe;
A pressure regulating valve attached to one side of the ballast tank for controlling a pressure inside the ballast tank;
And an axleless motor which is attached to one side of the discharge pipe and rotates through a flow of the discharged ballast water to promote discharge of the ballast water,
Wherein the ballast tank is provided with a rotating spiral partition wall extending spirally from the one side of the side of the ballast tank to which the inflow pipe is connected,
The discharge pipe is coupled to one side of a central portion of the ballast tank,
And the ballast water can be discharged in the order in which the ballast water is introduced into the ballast tank.
상기 배출배관은,
상기 선박의 후면 일 측에서 평형수가 배출되도록 상기 밸러스트 탱크의 일 측으로부터 상기 선박의 후면 일 측을 향해 돌출 연장된 제1 배출배관과,
상기 선박의 측면 일 측에서 평형수가 배출되도록 상기 밸러스트 탱크의 일 측으로부터 상기 선박의 측면 일 측을 향해 돌출 연장된 제2 배출배관으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 액슬리스 모터를 활용한 선박 평형수처리 및 추진시스템.The method according to claim 1,
The discharge pipe
A first discharge pipe projecting from one side of the ballast tank to one side of the rear side of the ship so as to discharge the ballast water from one side of the rear side of the ship,
And a second discharge pipe extending from one side of the ballast tank so as to discharge the ballast water from one side of the ship toward one side of the side of the ship. 2. The ballast water treatment system according to claim 1, And propulsion systems.
상기 액슬리스 모터는,
상기 배출배관의 중간에 삽입 고정된 것으로서, 상기 배출배관의 내경보다 큰 내경을 갖고, 내부에는 복수의 회전에너지용 권선모듈이 설치된 상태로 내측에 회전공간이 형성된 원통 형태의 고정자와,
상기 배출배관의 내경에 대응하는 직경을 갖는 스크류형 임펠러와, 상기 스크류형 임펠러를 둘러싸되, 내부에는 복수의 자성체가 삽입되어 상기 회전공간에 회전 가능하게 삽입되는 로터로 구성되는 회전자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 액슬리스 모터를 활용한 선박 평형수처리 및 추진시스템.The method according to claim 1,
The axleless motor includes:
A cylindrical stator inserted and fixed in the middle of the discharge pipe and having an inner diameter larger than an inner diameter of the discharge pipe and having a rotating space formed inside thereof with a plurality of winding modules for rotational energy installed therein,
A screw type impeller having a diameter corresponding to an inner diameter of the discharge pipe and a rotor surrounding the screw type impeller and having a plurality of magnetic bodies inserted therein and rotatably inserted into the rotary space, And a ballast water treatment and propulsion system using the axleless motor.
상기 고정자는,
상기 회전자가 내부에 삽입되고, 상기 밸러스트 탱크와 마주보는 위치에 평형수가 유입되는 유입홈이 형성된 제1 고정자편과,
상기 제1 고정자편의 후방에서 상기 회전자가 이탈되지 않도록 결합되는 것으로서 상기 회전자를 통과한 평형수가 배출되는 배출홈이 형성된 제2 고정자편으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 액슬리스 모터를 활용한 선박 평형수처리 및 추진시스템.5. The method of claim 4,
The stator comprises:
A first stator piece inserted into the rotor and having an inlet groove for receiving ballast water at a position facing the ballast tank;
And a second stator piece coupled to the first stator frame so that the rotor is not separated from the first stator frame and formed with a discharge groove through which the ballast water having passed through the rotor is discharged. Water treatment and propulsion systems.
상기 제1 고정자편에서 제2 고정자편과의 결합부위에는,
적어도 하나 이상의 체결홈이 형성되고,
상기 제2 고정자편에서 상기 체결홈에 대응되는 부위에는,
체결공이 더 형성되어,
상기 체결공에 체결수단이 관통되도록 삽입하여 상기 체결홈에 끼움결합되도록 함으로써 상기 제1 고정자편과 상기 제2 고정자편을 결합시키는 것을 특징으로 하는, 액슬리스 모터를 활용한 선박 평형수처리 및 추진시스템.6. The method of claim 5,
At a joint portion between the first stator piece and the second stator piece,
At least one fastening groove is formed,
At a portion corresponding to the engaging groove in the second stator piece,
Further, a fastening hole is formed,
Wherein the first stator piece and the second stator piece are engaged with each other by inserting the fastening means into the fastening hole so as to be inserted into the fastening groove so that the first stator piece and the second stator piece are engaged with each other. .
상기 제1 고정자편의 상기 유입홈이 형성된 면에서 상기 로터의 표면과 대응되는 위치에는,
상기 로터가 회전함에 따라 내장된 자성체와 반응하여 상기 로터를 상기 제1 고정자편으로부터 일정 간격 이격시켜 상기 유입홈을 통과한 일부 평형수가 상기 고정자와 상기 회전자 사이의 이격된 공간으로 유입되도록 하는 자기부상모듈이 더 포함되는 것을 특징으로 하는, 액슬리스 모터를 활용한 선박 평형수처리 및 추진시스템.6. The method of claim 5,
At a position corresponding to the surface of the rotor on a surface of the first stator, on which the inflow groove is formed,
The stator includes a stator and a stator. The stator has a stator and a rotor. The stator has a stator and a stator. The stator has a stator, And a floating module is further included. The ballast water treatment and propulsion system using the axleless motor.
상기 제1 고정자편에서 상기 회전자와 마주보는 내측 면에는,
서로 일정한 간격을 두고 사선으로 함입된 복수의 사선홈이 더 형성되어, 상기 평형수의 배출을 촉진하는 것을 특징으로 하는, 액슬리스 모터를 활용한 선박 평형수처리 및 추진시스템.8. The method of claim 7,
On the inner surface of the first stator piece facing the rotor,
Wherein a plurality of oblique grooves are formed in a diagonal line with a predetermined distance from each other to facilitate the discharge of the ballast water.
상기 로터는,
상기 유입홈과 마주보는 방향의 표면 일 측에서부터 상기 스크류형 임펠러가 위치하는 중앙부위를 향해 경사지게 함입된 제1 경사부와,
상기 배출홈과 마주보는 방향의 표면 일 측에서부터 상기 배출홈을 향해 경사지게 돌출된 제2 경사부가 더 형성되고,
상기 제1 고정자편에서 상기 제1 경사부와 마주보는 위치에는,
상기 제1 경사부와 대응되는 형태로 돌출 형성된 보조돌출부가 더 형성되며,
상기 제2 고정자편에서 상기 제2 경사부와 마주보는 위치에는,
상기 제2 경사부와 대응되는 형태로 함입 형성된 보조함입부가 더 형성되어,
상기 제1 경사부 및 상기 제2 경사부의 경사에 의해 상기 스크류형 임펠러에 의한 평형수의 배출을 촉진시키는 것을 특징으로 하는, 액슬리스 모터를 활용한 선박 평형수처리 및 추진시스템.8. The method of claim 7,
The rotor may include:
A first inclined portion inclined from a side of the surface facing the inflow groove toward a central portion where the screw-type impeller is located,
Further comprising a second inclined portion projecting obliquely toward the discharge groove from one side of the surface facing the discharge groove,
At a position facing the first inclined portion of the first stator piece,
And an auxiliary protrusion formed to protrude in a shape corresponding to the first inclined portion,
At a position facing the second inclined portion of the second stator piece,
Further comprising an auxiliary recess formed in a shape corresponding to the second inclined portion,
And the inclined portion of the first inclined portion and the inclined portion accelerates the discharge of the ballast water by the screw type impeller.
상기 제2 고정자편은,
상기 스크류형 임펠러가 위치하는 방향으로부터 삽입되어 상기 배출홈을 둘러싸는 끼움캡과,
상기 로터와 상기 제2 고정자편 사이에 위치한 상기 끼움캡의 단부에서 상기 로터와 일정 간격 이격된 위치까지 돌출 연장된 것으로서, 탄성재질로 구성되되 평형수가 통과할 수 있도록 복수의 보조관통홈이 형성된 간격형성부로 구성되는 안착캡을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 액슬리스 모터를 활용한 선박 평형수처리 및 추진시스템.6. The method of claim 5,
The second stator part
A fitting cap inserted from a direction in which the screw-type impeller is positioned to surround the discharge groove,
And a second gap between the rotor and the second stator, the gap being formed between the rotor and the second stator, the gap being formed by an elastic material and having a plurality of auxiliary through- And a seating cap which is formed of a bearing portion and a forming portion. The ballast water treatment and propulsion system using the axleless motor.
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KR1020160171702A KR101825849B1 (en) | 2016-12-15 | 2016-12-15 | Ship Ballast and Propulsion System that Using Ballastwater Flow Based on Axleless Motor |
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---|---|---|---|---|
KR102243015B1 (en) * | 2019-12-27 | 2021-04-21 | 부산대학교 산학협력단 | Unmanned submersible using wave energy as a driving force and offshore mobile system using the same |
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-
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- 2016-12-15 KR KR1020160171702A patent/KR101825849B1/en active IP Right Grant
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